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夜夜撸改为什么 科普对霍金放射的评释齐是错的?霍金放射到底若何来的?

发布日期:2024-09-27 22:27    点击次数:157

夜夜撸改为什么 科普对霍金放射的评释齐是错的?霍金放射到底若何来的?

出当今黑洞视界面的虚粒子对夜夜撸改为什么,为什么老是负质料的掉进去正质料的逃遁掉呢?既然是赶快的量子涨落,谁进谁出概率上难说念不应该相通吗?

上回说霍金放射雷消失种热放射,天然本事极其漫长,但因为它的存在,终将有一天黑洞会把我方“挥发”干净。由于霍金放射超乎想象的狭窄,以至于黑洞亏损的能量还没从配景辐命中接收的多,是以对黑洞来说现阶段仍然是安全的。

对于霍金放射若何来的,最常见的评释即是出当今黑洞视界面处的量子涨落。险些所关连于霍金放射的科普齐会经受这种描写,包括霍金本东说念主。

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这个描写天然喜闻乐道很好意会,然而也正因为平淡,它并不是确切的物理图景。当作一种简化后的描写,它例必是不严谨的,这就导致不少东说念主产生了来源那样的猜忌:量子涨落齐是赶快的,为什么两种粒子的适度却不赶快?

在回话这个问题之前,咱们先从更科学的角度重新意志下霍金放射究竟若何来的。

上回说霍金将量子场论摆布到广义相对论中,由此获取了霍金放射。其实在消失时间,正担任博士后的斯蒂芬・富林也在商量迂回时空的量子场论问题,并由此预言了一种征象,即是处于加快中的不雅测者会看到一种外界看不到的黑体放射。对于该征象的表面随后被保罗・戴维斯和威廉・安鲁进一步完善,成了其后的“富林-戴维斯-安鲁效应”,也叫“安鲁效应(Unruh effect)”。

斯蒂芬・富林、保罗・戴维斯、威廉・安鲁

安鲁效摆布最平淡的话来评释即是:假如位于真空中的你佩戴一支相配精准的温度计,当排裁撤扫数省略影响温度计读数的成分后(包括配景放射什么的),此时温度计的读数应该无尽趋近于零,对吧?然而当你运转作念加快指点后夜夜撸改为什么,此时温度计的读数将不再是零。也即是说:加快指点的你使得周围的空间“变热”了,何况变热的进程和你的加快度成正比。认真:此时周围空间产生的热放射唯有加快指点中的你能看到,对外界不雅察者来说这部分空间并莫得变热。

这种匪夷所想的征象是否真的存在,咫尺还莫得定论,因为要考证它极其贫寒。假如要把一个物体(比如说就一个原子),让它产生足以被探伤到的温度,那么咱们需要在不到 1 微秒(也即是百万分之一秒)的本事内把它加快到接近光速。要达到如斯高的加快度,性爱之后即使咫尺最弘大的粒子加快器也没这个智商。

那么咱们先假定安鲁效应是存在的,那么霍金放射就不错看作念是一种由安鲁效应导致的征象。

对广义相对论有所了解的应该齐知说念“等效旨趣”,即是处于引力场中的不雅测者和处于加快指点中的不雅测者,两者从成果上来说是无法折柳的。

因此对于处于黑洞隔邻的不雅测者来说,由于黑洞极强的引力,正本很难阐扬出的安鲁效应在这里得以展现。是以黑洞隔邻的不雅测者会发现我方周围的空间“变热”了,真空从正本的“莫得温度”变的“有了温度”。有温度天然就有热放射,而温度又是由黑洞的引力场产生的,因此咱们不错等效的以为:黑洞正在向外放射能量,也即是霍金放射。

是以,霍金辐命中产生的粒子其实并不是什么正粒子、反粒子,更不是什么虚粒子,它们即是普通的光子。所谓的虚粒子仅仅在贪图经过顶用到的东西,最终反映到实际中的唯有确切存在的、具有正能量的实粒子。

这些放射出的实粒子究竟是哪来的呢?显着,它们并不是来自黑洞里面,而是来自黑洞视界面外的空间,或者说真空中。这些粒子的产生是由于黑洞隔邻的真空和远方的真空不一致导致的,你不错意会为一种真空态在向远方传播的经过中产生了某种引发,“逃遁”掉的正质料粒子即是这样来的。

是以开篇阿谁“为什么唯有负质料粒子被吞掉,丝袜正质料粒子逃遁掉”的问题,你把因果关系反过来就能意会了:因为逃遁掉的粒子在视界面外,是以它才成了有正质料的实粒子;而黑洞内的阿谁粒子,你只可以为它有负质料,毕竟能量守恒嘛。至于阿谁负质料粒子是个什么东西、长什么样,这些齐不进犯,归正它照旧和咱们这个寰宇莫得任何关连了,你就当它仅仅个联想的存在就好。

当今再看量子涨落这种评释是不是还挺形象的?仅仅这种变通明的平淡评释忽略了许多细节,是以也带来了一些问题:比如它会让东说念主误以为这些放射完全是从视界面发出的。其实呢,就像刚才说的,霍金放射是黑洞周围的空间产生的,那些粒子并不单出当今视界面上,骨子上它们出生于视界面外的很大一派区域,致使不错延长到 10~20 倍黑洞半径的场合。由于离黑洞越远引力场越弱,放射也从内向外缓缓削弱。跟着能量被放射舒缓带走,这片空间的曲率也随之舒缓镌汰,阐扬出来即是黑洞在舒缓变小。

总的来说,霍金放射是种建造在数学模子上的表面,并莫得对应的十分准确且形象的物理图像。如果非要给一个物理图像的话,你也不错这样去想:如果黑洞当初吞掉的是正质料粒子,那么黑洞的质料则会变大少量点,视界面会随之向外膨胀少量点,这样负质料粒子的逃遁几率就会着落少量点;反之,如果吞掉的是负质料粒子,那么黑洞质料则会减小少量点,视界面会随之向内收缩少量点,这样正质料粒子的逃遁几率就会高潮少量点。是以最终的成果即是:正质料粒子逃遁的更多一些。若何样,这个评释是不是够形象了?

临了还有一又友提到:黑洞跟着霍金放射会舒缓变小,这岂不和“只增不减”的黑洞面积定理矛盾了?

其实谈不上矛盾。面积定理更多说的是黑洞的宏不雅阐扬,比如两个黑洞合并这种大范例征象;而霍金放射偏微不雅,属于量子层面的效应。就好比广义相对论和量子力学,两个表面齐对,仅仅适用范畴不同。另外,面积定理主淌若针对黑洞自己来说的,而霍金放射则要商量到包含黑洞以及黑洞隔邻空间的通盘系统。两种表面不在一个物理框架内,是以谈不上矛盾。

不外话说回归,不论是黑洞的名义积照旧霍金放射,它们齐和消失个东西关连,即是黑洞的“温度”,仅仅这里的“温度”并不是传统真义上的温度。

温度的观念其实很泛泛,偶然候它并不一定代表粒子的动能,比如统计力学中的温度就不错对应其他开脱度。如果不商量热均衡,你致使不错搞一个“负温度”出来。表面上领有“负温度”的物资并不是“比总计零度更冷”,反而是“比任何正温度更热”。仅仅负温系统因为不商量热均衡,不得志热力学第零定律,是以它的高下也就没了真义。

本文来自微信公众号:Linvo 说寰宇 (ID:linvo001),作家:Linvo

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