科學家通過實驗,證明了了霍金輻射的正確性,它有什麼用?

2021-01-09 探索宇宙說

宇宙浩瀚廣闊,有著無數的天體,除了們熟知常見的恆星和行星之外,還有一些特殊神秘的天體,比如黑洞。

黑洞可以稱得是人類目前在宇宙中發現的最神秘天體,最早愛因斯坦相對論就提出了黑洞的猜想,後來科學家通過宇宙觀測也發現了黑洞的存在。

黑洞它最大的一個特性就是有著超強的吞噬能力,這跟它質量超級強大有關,強大的質量造就了強大的引力,讓黑洞有了超強的吞噬能力,它可以吞噬宇宙任何物質,甚至連光也不放過。只要是進入它視界範圍內的物質,都很難逃脫被黑洞吞噬的命運。

由於黑洞超強的吞噬能力,光也無法逃脫,所以我們很難直接觀測到黑洞的存在。不過那些超大質量的黑洞由於吞噬能力太強,不斷撕碎周圍的天體,這碎片圍繞在黑洞周圍形成了吸積盤,吸積盤內的物質相互摩擦產生了強大的熱量和輻射,這些輻射向外擴散,讓吸積盤成為了宇宙中耀眼的存在。

正是由於黑洞吸積盤的存在,我們才能夠有幸觀測到那些超大質量黑洞,人類史上首張黑洞照片就是拍攝的5400萬光年外的一顆超大質量黑洞,我們看到的黑洞照片其實是它的吸積盤,而在吸積盤的中央是一個黑洞,這裡面到底是什麼情況,科學家也不知道,它才是黑洞最大的奧秘所在。

一直以來,人們對黑洞的理解都是只是一味地吞噬索取物質,從來不向外噴射物質。不過,偉大的物理學家霍金對此提出了不同的觀點,霍金認為黑洞並不只是一味地索到物質,它同樣還會向外發射物質,這個理論被人們稱為霍金輻射。

霍金輻射提出後,很多人對此不以為然,認為黑洞是不會向外輻射物質的,它就是吸塵器,只能不斷吞噬物質。可是有一些科學家仍然支持著霍金的觀點,也認同黑洞是會輻射物質,這種輻射最終會從黑洞吸走足夠的能量和質量,使黑洞消失。

科學理論是否正確需要找到證據才行,而一項新的有關黑洞的研究證明,霍金曾經提出的霍金輻射理論是正確的。這項新的研究是科學家在實驗室中通過模擬黑洞的情景得到的結論。物理學家傑夫·施泰因豪爾和他的同事們用一種叫做玻色-愛因斯坦凝聚的極冷氣體來模擬黑洞的視界,黑洞有一個看不見的邊界,任何東西只要到了視界之內都無法逃脫。

科學家們製造了一對正在在流動的氣流中,他們放置了一個落差,形成了一個氣體的「瀑布」;當氣體流過瀑布時,它將足夠的勢能轉化為動能,使其流動速度超過音速。這就像你試圖逆流而上,水流比你遊得還快。你會覺得自己在前進,但實際上是在後退。這類似於黑洞中的光子試圖離開黑洞,但卻被引力以錯誤的方式吸引。

在很多的眼裡,宇宙空間是一個虛無的真空狀態,被認為是空的。但量子力學的不確定性卻表明,真空中同樣充滿了虛粒了,它們以物質-反物質成對的形式飛入或飛出。真空非空已經得到科學界的普遍認可。

正常情況下,當一對虛粒子出現後,它們會立即相互湮滅。然而,這些物質如果靠近黑洞旁邊,極端的重力會把粒子們拉開,當一個粒子射入太空,另一個粒子被黑洞吸收。被吸收的粒子具有負能量,這降低了黑洞的能量和質量。

吞下足夠多的這些虛擬粒子,黑洞最終會蒸發。逃逸的粒子被稱為霍金輻射。由於這種輻射非常微弱,所以我們現在不可能在太空中觀測到它,但是科學家卻在實驗室中發現了它的存在。霍金輻射被科學家通過實驗證明是正確的,那麼它有什麼用呢?

事實上,霍金輻射對於人類研究探索黑洞有非常重要的作用,曾經人們一直以為黑洞就是宇宙的霸主,是不可滅的,是會永存的。一旦天體的附近或星系的附近出現一個大質量的黑洞,那絕對是史詩及的災難。

地球是人類生存的家園,太陽系是地球的家園。雖然我們目前沒有在太陽系附近發現黑洞的存在,但是誰也無法保證未來太陽系附近會不會出現一個大質量的黑洞,如果出現了那太陽系可能將會被不斷吞噬,地球也將不復存在。

霍金輻射告訴我們,黑洞也不是不可滅的,它同樣能夠不斷向外輻射物質,被帶走大量的能量和質量,最會消失。科學家猜測銀河系存在的黑洞數量可能有10億個,這些黑洞以人類現在的科技還無法觀測發現它們,我們能夠發現的只有銀河系中心的那個超大質量黑洞。

宇宙中可能存在數量龐大的大小黑洞,但是這些黑洞不會永遠存在,有些中小質量的黑洞有可能會通過霍金輻射慢慢消失,只有一些大質量,超大質量的黑洞可能會存在更長的時間。如果按照霍金輻射的理論,銀河系中心的黑洞有可能也會在無限的未來消失。

霍金輻射還為人類指明了一條能夠消滅黑洞的方法。黑洞吞噬虛粒子能夠帶走一部分能量和質量,只能往黑洞中湧入足夠多的虛粒子,就可以將黑洞消滅。如果人類能夠掌握虛粒子的採集技術,那麼在未來我們將不必擔心黑洞對太陽系和地球的威脅。

萬一有黑洞出現在太陽系或者地球附近,我們就可以將大量的虛粒子倒入黑洞的,黑洞的質量和能量不斷被消減,沒有了能量和質量的黑洞自然也會瓦解消失。

黑洞對於人類來說還有太多的謎團,相信隨著科技的快速發展,未來我們靠近黑洞甚至是進入黑洞探索,黑洞的奧秘也會被我們一一揭開,讓黑洞為人類服務。

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