謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給兵山天文社,紀(jì)念那些一起討論黑洞蒸發(fā)的夜晚。直入主題,先來(lái)看一下什么是黑洞?
![]()
愛因斯坦發(fā)表廣義相對(duì)論之后僅1個(gè)月,還在戰(zhàn)壕里的史瓦西就求出了愛因斯坦方程的第一個(gè)解。在這個(gè)球?qū)ΨQ的解中有兩個(gè)奇點(diǎn),一個(gè)在中心處,另一個(gè)在史瓦西半徑處。
這個(gè)解成為了后來(lái)黑洞理論的基礎(chǔ),當(dāng)質(zhì)量超過(guò)3倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星在引力下塌縮,其半徑縮小到小于史瓦西半徑后就會(huì)形成一個(gè)黑洞。史瓦西半徑處的奇點(diǎn)又被稱為視界。
![]()
視界將黑洞分成了兩個(gè)截然不同的部分:視界內(nèi)和視界外。視界內(nèi)的信息不能傳遞到視界外面;視界外面、靠近視界的任何物質(zhì)都會(huì)掉到視界里面去,這就是所謂的黑洞吞噬。
而在視界處同時(shí)還發(fā)生著霍金輻射,或者稱之為黑洞蒸發(fā),正是由于這種蒸發(fā)的存在,確保了黑洞并不會(huì)無(wú)限制擴(kuò)張,最終吞噬整個(gè)宇宙。
![]()
1976年,英屬哥倫比亞大學(xué)的威廉·盎魯(William G. Unruh)所提出:一名加速運(yùn)動(dòng)的觀察者可以觀測(cè)到慣性參考系中觀察者無(wú)法看到的黑體輻射,即加速運(yùn)動(dòng)的觀察者會(huì)發(fā)現(xiàn)自己處在一個(gè)溫暖的背景中。
在熱力學(xué)中我們知道,有溫度就會(huì)出現(xiàn)黑體輻射。這樣一來(lái)在黑洞的視界上就會(huì)出現(xiàn)黑體輻射,也就是說(shuō)有能量從黑洞內(nèi)輻射出來(lái),這種輻射就是霍金輻射。霍金輻射的溫度與黑洞質(zhì)量成反比。黑洞會(huì)因?yàn)檩椛涠饾u變小,溫度逐漸升高,最后以爆炸的方式消失。
![]()
這里我們不去用量子力學(xué)對(duì)這個(gè)過(guò)程做理論解釋,咱們把注意力的焦點(diǎn)放在——這種輻射真的存在嗎?
是不是真的存在理論預(yù)言說(shuō)了不算,當(dāng)然要靠客觀驗(yàn)證。但是,即使是距離地球最近的黑洞也遠(yuǎn)在1000光年之外,目前沒(méi)有辦法利用探測(cè)器靠近。所以人造黑洞就成為了目前驗(yàn)證霍金輻射的唯一辦法。
![]()
那么實(shí)驗(yàn)室能造出來(lái)人造黑洞嗎?這個(gè)是可以的,而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。
第一種人造黑洞是20世紀(jì)80年代,前面提到的威廉·盎魯教授提出:聲波在流體中的表現(xiàn)與光在黑洞中的表現(xiàn)非常相似,如果使流體的速度超過(guò)聲速,那么就可以在該流體中建立一個(gè)聲音現(xiàn)象的“人造黑洞”。
![]()
直到2009年,這種聲學(xué)黑洞才在銣的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)中得以實(shí)現(xiàn),其表面引力和溫度已經(jīng)被測(cè)量出來(lái),但還沒(méi)有進(jìn)行霍金輻射的測(cè)量,但科學(xué)家們已經(jīng)提出適合進(jìn)行這種測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方案。
另一種黑洞是利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),在高能粒子的對(duì)撞中制造出一個(gè)小黑洞。2005年3月18日,英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》報(bào)道了美國(guó)已經(jīng)利用重離子對(duì)撞機(jī)制造出了第一個(gè)“人造黑洞”。雖然這個(gè)黑洞很小,但它可以將周圍比自身質(zhì)量大10倍的粒子吸收進(jìn)去。
![]()
2009年10月15日,英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道,中國(guó)首次制造出了可以吸收周圍電磁輻射的“人造黑洞”。這實(shí)際上是一個(gè)能吸收電磁波,使之變成熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。這種裝置目前還不能吸收可見光,只能吸收某些特定波長(zhǎng)的微波。
![]()
這些人造黑洞的存在,盡管還無(wú)法進(jìn)行霍金輻射的精確測(cè)量驗(yàn)證,但其存在本身就已經(jīng)證實(shí)了霍金輻射的存在。若非霍金輻射,則我們的地球早已經(jīng)被這些人造黑洞慢慢吞噬。同時(shí),這些人造黑洞的存在,也為驗(yàn)證目前的黑洞理論,提供了實(shí)驗(yàn)室解決方案。
相信,在這些人造黑洞的支持下,黑洞理論的嚴(yán)格驗(yàn)證也只是一個(gè)時(shí)間的問(wèn)題。
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.