为什么黑洞可能并不是黑的?

来源:科普中国 ·2018年08月12日 15:02

2011年8月12日,科学家发现了已知最漆黑的行星。说起漆黑的行星,使人想起黑洞,那么,黑洞究竟是不是黑色的呢?

包含光在内,什么东西都不能从黑洞里边逃脱出来。所以,黑洞看起来是黑的。不过,西方有个谚语:“魔鬼在细节里。”深究黑洞究竟黑不黑,已经成为人类敞开量子引力之门的一把钥匙。

研讨标明,黑洞具有以下性质:(1)平衡状况黑洞的外表重力加快度是个常数,不随外表上的方位而改变;(2)黑洞的能量随外表积的添加而添加,改变率由外表重力加快度决议;(3)不考虑量子效应时,黑洞外表积不会削减;(4)黑洞外表的重力加快度永久大于零,也就是指向黑洞内部。这些性质,不只适用于真空中的球形黑洞,也适用于各种其他黑洞。

证明以上四条规律需求许多核算。不过从黑洞“吃鸡不吐骨头”的身手,咱们从力学上也能大致猜到这些性质。读者朋友是否对以上四条规律感觉似曾相识呢?让咱们把“外表重力加快度”换成“温度”,把“外表积”换成“熵”,从头读一遍上面一段话。咱们发现,上面一段话摇身一变,成了热力学第零规律到第三规律!

更让人吃惊的是,黑洞规律和热力学规律之间不只是类似罢了,它们实际上是相同的。加快度,包含重力加快度,确实能发生温度。这是由于,量子力学导致真空其实不空。真空中充满着虚粒子的发生和湮灭。停止或许匀速直线运动的观察者看不到这些粒子,而加快的观察者是能够看见这些粒子的。而且加快观察者会发现这些粒子的温度确实正比于观察者的加快度。

“有一份热,发一份光”。经过“真空不空”,黑洞有温度,会向外发光。从这个视点,黑洞并非完全是黑的。不过,黑洞发光的波长和黑洞的半径差不多大,一起功率也小得不幸(除非黑洞自身十分小)。所以星系中的黑洞所宣布的辐射,咱们就算用最活络的长波天线也接纳不到。

可是,黑洞辐射具有重要的理论含义。已然外表引力真的代表黑洞的温度,那么黑洞的外表积就真的代表黑洞的熵了。一般,物体的熵是跟体积成正比的,能够测量物体组分间运动的紊乱程度。而黑洞的熵却正比于外表积。这暗示着,黑洞内部的物理进程,能够完全由黑洞的外表来描绘!也就是说,一个三维空间中的体系,能够用一个二维空间中的理论来描绘。这个猜测被称作“全息原理”。依据这个理论,空间,这个长久以来物理学中最根本的组成部分,或许不是最根本的存在,而能够由其他更根本的概念所替代。正如读者手中的书是由纸组成的,纸又是由分子、原子组成的相同。至于什么是组成空间的“分子”和“原子”,以及时刻是否也不是根本的概念,这些问题都有待于未来的研讨。

2000多年前,古希腊哲学家柏拉图从前假想过这样的场景:假如人不能自在移动,只能看见自己和他人投射到墙上的影子,那么他们是否会觉得世界上仅有的存在就是这些影子呢?柏拉图必定不会想到,今日的理论物理正朝着他预言的方向开展。

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