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霍金辐射的计算公式
发布时间:2019-03-15        浏览次数:62        返回列表
 在大家心目中,黑洞是那种只吃不吐的引力怪物。没有任何东西能够逃脱黑洞的束缚,包括光线。上面的认识都是基于经典的广义相对论,当考虑到量子场论效应时,头脑中的观念就要发生改变了。

真空并不是完全的空,而是充满了起伏不定的量子涨落,各种正、反虚粒子对不断产生和湮灭。黑洞视界附近是一个危险的区域,通常那里潮汐力很强,会把“虚粒子对”拉开一定距离,当“虚粒子对”得到足够多的能量时,就会转化为真实存在的实粒子,当处于视界外的粒子飞走时,就带走了黑洞的能量,也是带走了黑洞的质量。这样,黑洞质量就会逐渐变小,该过程又称为“黑洞蒸发”。

另一个等价的图景:一个虚粒子带正能量、一个带负能量,负能量的粒子更容易被黑洞吞噬,留下正能量的粒子逃离黑洞,从而带走能量和质量,黑洞因吞噬了负能量粒子而损失了能量和质量。这也是霍金在《时间简史》中描绘的图景。

根据霍金辐射的计算公式,黑洞的温度与质量成反比,通常黑洞的温度都是非常低的。太阳质量的黑洞,温度只有60纳开,这样的黑洞从宇宙背景辐射吸收的能量要大于因辐射损失的能量,因此永远不会蒸发掉。

理论上,月球质量的黑洞,其温度和宇宙背景辐射的温度相当,恰好能做到收支平衡。因此,可以想象,小质量的黑洞温度会更高。如果粒子对撞机能产生黑洞的话,那么会因霍金辐射而瞬间蒸发掉的,因此无需担心那样小的黑洞吞噬地球。

有理论推测,在宇宙大爆炸初期,会形成小质量的原初黑洞(Primordial black holes),这些小黑洞温度很高,寿命相对较短,会释放出高能伽马射线。如果能探测到这种伽马射线,就能验证霍金辐射的存在。然而,到目前为止,还没有得到令人信服的观测证据,因此霍金也一直没能获得诺贝尔奖。