黑洞会蒸发吗?霍金辐射的内容是什么

新浪科技 2019-07-05 17:07
  至诚网(tech.zhicheng.com)7月5日讯
黑洞蒸发霍金辐射

  物理学家首次在实验室里证实了霍金辐射的存在

  1974年,斯蒂芬·霍金提出了他最著名的预言之一:黑洞最终会完全蒸发。根据霍金的理论,黑洞并不完全是“黑”的,而是会发射粒子,即散发出热辐射。霍金相信这种辐射——被称为霍金辐射——最终会使黑洞失去足够的能量和质量,最终消失。虽然科学界普遍认可这一理论,但又认为几乎不可能对此进行证明。

  然而,近日物理学家首次证实了霍金辐射的存在——至少在实验室里。尽管霍金辐射过于微弱,以人类目前的仪器还无法在太空中探测到,但物理学家利用声波和宇宙中一些温度极低的奇特物质,建立了类似黑洞的模型,从而观察到了霍金辐射。

  粒子对

  黑洞所产生的引力如此之大,甚至以光速运动的光子也无法逃脱。虽然真空的太空通常被认为空无一物,但量子力学的不确定性表明,真空中充满了虚粒子,它们以物质-反物质对的形式存在或消失(反物质粒子具有与其对应物质粒子相同的质量,但具有相反电荷)。

  正常情况下,当一对虚粒子出现后,它们会立即相互湮灭。然而,在黑洞的事件视界边缘,极端的引力反而把粒子拉开,当一个粒子被黑洞吸收时,另一个粒子则被射入太空。换句话说,视界之外的虚粒子可以被观测到,从而变为实粒子,而视界之内的虚粒子会被黑洞吞噬,不会被观察到。

  由于视界之外的粒子是带有质量的真实粒子,由质量与能量守恒定律,视界之内被吞噬的粒子具有负能量和负质量,能减少黑洞的能量和质量。

  如果吞噬的虚粒子足够多,使黑洞损失的质量超过增加的质量,那黑洞就会慢慢蒸发。黑洞越小,蒸发速度越快,直到黑洞完全蒸发。不过,这种作用极其缓慢,和太阳一样质量的黑洞需要约10^58年来蒸发0.0000001%的质量。

  所以,基本上大质量的黑洞可以存活很久,一般恒星死亡产生的黑洞估计可以存活10^66年,超大质量黑洞可以存活10^90年。霍金辐射也结识了为什么我们无法观测到宇宙诞生时产生的微黑洞,因为它们早已蒸发殆尽。

  霍金辐射非常微弱,目前还无法在太空中观测到。2008年6月,美国国家航空航天局(NASA)发射了费米伽马射线空间望远镜(GLAST),其主要科学目的之一就是寻找蒸发的黑洞中伽马射线的闪光,并确定其与霍金辐射的关系。现在,以色列的物理学家已经想出了非常有创意的方法,在实验室中对霍金辐射进行测量。