当前位置:新鲜趣事 » 奇趣 » 宇宙中“黑洞”里面并不是黑的

宇宙中“黑洞”里面并不是黑的

奇趣 2018-01-13 08:03

在二十世纪的六十年代,科学家们又解算出了好多个黑洞的模型,黑洞家族不只是一个史瓦西黑洞了。就在史瓦西解算出第一个黑洞模型后不久,第二个黑洞模型RN黑洞也被解算出来,这是一个带电的史瓦西黑洞模型,这个黑洞当时并没有引起人们的重视。在二十世纪六十年代之前,黑洞普遍都没有引起重视,但是现在这个RN黑洞就给大家出了个难题,那就是裸奇点问题。

火箭靠近黑洞被潮汐力拉长,同时产生引力红移让我们先来回顾一下最简单不过的史瓦西黑洞,这也是现在科普书籍上讲述最多的一个黑洞了。通常的描述是这样的:你是观察者A,开着飞船飞过黑洞,另外一个观察者B,在远方看着你;你勇敢地驾驶飞船向着黑洞开过去,随着你慢慢接近黑洞那黑乎乎的视界,因为超大的质量使得时空弯曲了,你的动作在远方的观察者B看起来显得越来越慢;你自己当然没感觉到异样,慢慢地,远方的观察者B发现,你的颜色越来越红了;这是因为大质量天体附近,时间会变慢,光的频率降低,颜色就会变红,你的动作也变成了慢镜头一般,一切都很缓慢;渐渐地你的身影看不见了,然而拿红外光摄像机来一看,还能看到你的图像,因为光的频率已经降到了红外波段。再过一会,红外光也看不到了,拿个天线对着你的方向,好像能收到微波;你身上发出的光线,已经降低到了无线电频段,最后就啥也收不到

了,光子的能量取决于频率,频率降低到0,我们就接受不到任何能量了。外部观察者B看到的你与你自己的感受并不是一回事。

你靠近黑洞的视界表面的时候,周围看到的一切都会扭曲假如你站在视界表面之上,贴着视界表面发射一束光,这一束光会弯曲,沿着表面转一圈转回原点。所以说,黑洞表面是一个分界线,在这里光都逃不出去你眼力好的话,可以直接看到自己的后脑勺,后脑勺出发的光,绕着黑洞转了一圈来到你的眼前被你看到。你也可想而知,周围的景物又会扭曲成什么样子。

你穿越了黑洞的视界面,并没有啥特别的感觉。你会感觉眼前的景象更加扭曲,一个超大黑洞,并不会有那么大的潮汐力,你不会立刻被拉成面条。要是一个恒星级别的黑洞,你不到视界边缘就已经被扯碎了。超大黑洞反而比小黑洞温柔得多。但是,研究量子的物理学家们就比较黑心了,他们说视界面后面有一道火墙,你会烧得渣都不剩。相对论物理学家就善良多了,但也不过就是让你多活一会儿而已。

研究相对论的时候考虑量子效应的,贝肯斯坦并不是第一个,很多人都在想法子统一量子力学和广义相对论。爱因斯坦后半辈子都在寻找统一场理论,但是没有什么结果,毕竟微观世界的游戏规则与宏观宇宙相差太远。但是在具体计算的时候,考虑一下某些量子效应还是可以做到,至于如何结合,家家都有自己的办法。霍金跟苏联人交流了一下,斯塔鲁宾斯基和泽尔多维奇正在研究旋转黑洞的自发辐射,霍金觉得苏联人还是做得粗糙了一点,他可以做得比苏联人更好。当时的剑桥已经成了一个黑洞研究的中心,霍金他们使用的工具叫做“弯曲时空量子场论”。既然引力场没有办法量子化,与量子力学彻底融合,那么退而求其次,把弯曲时空和量子结合起来进行计算。万有引力无法量子化,那么继续按照弯曲时空去进行处理,不考虑量子引力效应,也不考虑量子场对弯曲时空的影响。所以这个学科现在不太热门,现在大家偏爱那种能够大一统的理论,比如“弦理论”。但是在二十世纪七十年代,弯曲时空量子场论在霍金他们一干人等的手里放出了异样的光彩。

霍金发现贝肯斯坦是对的,他以前的认识有错误。黑洞的确与热力学有关系,黑洞有温度,会发出辐射,即便是过去认为死透了的史瓦西黑洞也照样会发出辐射,我们可以说:史瓦西黑洞一直在“诈尸”。论文一发表,物理学界立刻震动,霍金的江湖地位由此奠定。夏玛老师看过以后,他评价:霍金凭此成就,足可以成为二十世纪最伟大的理论物理学家之一。霍金已经进入了顶尖人物的行列,况且他还是在病情日益加重的情况下达到这些成的。

霍金认为,旋转黑洞会不断地辐射出各种粒子,能层会不断地瘪下去,最后完全退化成一个史瓦西黑洞。史瓦西黑洞仍然会持续辐射出粒子,逐渐减少质量,最后越来越小。黑洞是个标准的黑体,它发出的辐

射是标准的黑体辐射,它的表面积就是熵。那么只吃不吐的黑洞是怎么

会发射出辐射的呢?照理说,黑洞内部的任何东西都是出不来的呀!那

就要从霍金的师爷狄拉克说起了。

狄拉克提出了一个真空不空的理论。我们以为真空里面空无一物,什么都没有,其实不然,真空是有着剧烈活动的。一对对的虚粒子对不断地产生,然后又迅速相互泯灭。总体看来,一个正粒子,一个反粒子相互抵消等于0。宏观上的确是啥都没有,但是瞬时并非如此,真空是处于沸腾的量子泡沫之中的,在普通的时空里面,正反粒子总是相互抵消。但是到了黑洞的视界附近可就不是这样了,瞬间产生一对虚粒子,一正一反都没掉进黑洞里,那么就相互抵消了,与普通的情况没什么差别,假如一对虚粒子同时掉进去,那我们什么也看不到,就当没这回事。假如负粒子掉进去,正粒子没掉进去,那么负粒子永远也碰不到正粒子了,两者无法互相抵消,成对的平衡状况就打破了。正粒子看上去就像被黑洞辐射出来一样,掉进去那个负粒子,使得黑洞减少了一份能量,总质量下降了。这个过程不断地出现,黑洞也就不断的减肥,最后蒸发干净。

黑洞还有个奇怪的特性,那就是比热为负数。在日常生活中,物体的比热总是正的,吸热以后,温度变高,然后逐渐与环境温度一致,大家进入热平衡状态。黑洞可不是这样,吸热以后,温度反而下降;放热以后,温度上升,越上升辐射越厉害,辐射越厉害,温度就越高,最后恶性循环,一直到炸掉为止。越小的黑洞寿命越短,越大的寿命就越长,要么不断长胖,要么不断地萎缩,稳定不变是不可能的。霍金辐射带给物理学界很大的启示,质量居然与温度有相关,引力居然与热力学有联系,大大出乎物理学家们的预料,而且还透着一丝丝的诡异。黑洞熵居然是与面积成正比,而不是与体积成正比。一些科学家陷入了深深的思考之中,难道时空是二维的?其他维度只是幻象?细细想来,极其恐怖……

先不说“细思极恐”的话,霍金的理论一发表,研究相对论的学者都喜大普奔,研究量子力学的差点哭晕在厕所,因为霍金辐射打破了好多守恒,比如重子数守恒、信息守恒等等,尤其是信息守恒完蛋了!你能想象吗?扔了半天硬币,出现正面的概率和出现反面的概率加起来不等于1。这么一搞,幺正性不就完蛋了。过去虽然也不知道掉进黑洞的那些信息怎么样了,大伙还是可以安慰自己一下,说不定信息以某种形式在黑洞里面藏着呢,这倒好,蒸发没了!信息彻底被抹光了!黑洞辐射是个标准的黑体辐射,你只能知道温度,不带其他任何信息。扔进黑洞的那些信息,完全都消失了,从量子力学角度看来是不可能的!量子理论告诉我们,信息只会被扰乱,不会被消灭,信息总数总是守恒的,哪怕像过去地下党传递情报,一张字条看完以后立刻烧了,那也只是扰乱了信息,信息总数还是守恒的。量子力学整个是建立在信息守恒基础上的,现在信息守恒被黑洞给蒸发给破坏了,搞量子的科学家们能不急眼吗?

新鲜趣事,就上 http://www.xinxianqushi.com

其他推荐
韩马尔济斯犬走红网络 发型精致引人羡慕
高中女生爱上同一男生 谈判失败3人齐跳河
有趣:28层三明治 食材按英文字母排序
外出旅游这10大纪念品,千万不能带回家
外婆27岁 世界最年轻父母出现在英国