黑洞究竟是如何蒸发的呢?
2024-09-29 广告
当你掉进黑洞或者仅仅是非常接近事件视界时,它的大小和规模看起来比实际的大得多。对于一个观察你的外部观察者来说,你的信息将被编码在事件视界上。随着黑洞的蒸发,这些信息会发生什么还没有答案。
宇宙中没有什么是永恒的。所有将要形成的恒星总有一天会燃烧殆尽;遥远的星系和星系团会被暗能量相互推开;即使是星系中的恒星,只要时间足够长,也会被引力抛射出去。然而,在星系的中心,宇宙中最大的单个物体即使在今天仍在形成和生长--超大质量的黑洞。最大的星体在一个被事件视界包围的奇点中包含了数百亿个太阳质量,这使它们成为我们所知的最大的个体实体。但即使是它们也不会永远活着。
正如斯蒂芬·霍金在1974年发现的那样,黑洞最终蒸发了。这是一个怎样的故事?
大约10^67-10^100年后,由于霍金辐射,宇宙的所有黑洞都将完全蒸发,这取决于黑洞的质量。
你首先要考虑的是什么是真正的空白空间。想像你所能想象的空白空间,你会去除什么?
首先,你可以把所有的粒子都取出来。任何物质,反物质,光子,辐射,或任何你能想象的东西都必须消失。你需要你的空间没有任何量子可能存在,否则将不会是空的。
你还必须保护你的空白区域不受外界任何东西的影响。不应允许任何电场、磁场或核磁场(或核力)穿透它。
即使是宇宙中其他事物的引力影响也必须被消除。这包括由任何和所有质量和所有形式的能量引起的空间曲率,以及任何引力波可能通过你所占据的空间。
时空中的涟漪就是引力波,它们以光速向各个方向传播。引力效应必须从一个空间区域消除,才能得到真正被认为是“空的”东西。
在我们的物理现实中,我们不能真正做到这一点,但在理论物理中,我们可以想象它。想象一个没有任何东西或影响它的空间区域。你唯一不能摆脱的东西就是时空本身,以及支配宇宙的物理定律。
然而,即使我们将自己限制在这类虚空中,当我们计算空旷空间本身发生了什么时,我们会发现它并不是那么空。相反,由于量子物理仍然是真实存在的,空间结构中将会有一定数量的固有能量。宇宙中的一切事物都有内在的不确定性:不确定的位置,不确定的时刻,甚至是内在的不确定的能量。
只有把时间和空间中的每一样东西都平均出来,我们才能获得任何关于空间是什么的有意义的信息。
显示量子真空中的虚拟粒子的量子场论计算的可视化场景。即使在空旷的空间,这个真空能量也是非零的。在多元宇宙的其他区域中,它是否具有相同的、恒定的值,我们还不知道,但是没有动机这样做。
空间的能量本身并不是我们在理论上可以从绝对意义上确定的东西;我们的计算工具不够强大,无法做到这一点。然而,我们可以通过绘制宇宙的扩张图来测量空间所固有的能量。我们越好地测量宇宙是如何膨胀的,我们就越好地约束暗能量的性质,暗能量似乎等同于空间的能量。这是对空间能量密度最好的绝对测量。
而且,非常令人震惊的是,能量密度也不是零。宇宙的膨胀正在加速,这意味着空的空间本身有一个正的,非零的能量密度。