黑洞會(huì)不斷地吸取周圍物質(zhì),同時(shí)也會(huì)通過(guò)黑洞蒸發(fā)(霍金輻射)損失質(zhì)量,但是大質(zhì)量黑洞的霍金輻射是非常緩慢的,壽命遠(yuǎn)比我們宇宙年齡長(zhǎng),比如太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞,理論壽命達(dá)到了10^65年。
在相對(duì)論中,黑洞被描述為只進(jìn)不出的奇異天體,如果考慮量子力學(xué)效應(yīng),其實(shí)黑洞并非只進(jìn)不出,在黑洞視界的地方會(huì)因?yàn)榱孔訚q落產(chǎn)生虛粒子對(duì),使得黑洞向外輻射正能量粒子(比如光子、中微子,中子等等),這種現(xiàn)象叫做霍金輻射。
在霍金輻射還沒(méi)有提出以前,量子力學(xué)中存在一個(gè)非常大的謎團(tuán)——“黑洞信息悖論”,因?yàn)槿绻诙粗贿M(jìn)不出,那么進(jìn)入黑洞的物質(zhì)攜帶信息完全消失了,這是違背信息守恒定律的,當(dāng)時(shí)也有一些科學(xué)家堅(jiān)持認(rèn)為黑洞強(qiáng)大的引力足以讓信息守恒定律失效。
直到霍金提出黑洞蒸發(fā)理論,才徹底解決了這個(gè)問(wèn)題,其實(shí)進(jìn)入黑洞的物質(zhì)攜帶的信息并未消失,而是通過(guò)霍金蒸發(fā)釋放出來(lái),信息守恒定律對(duì)黑洞也成立。
根據(jù)黑洞蒸發(fā)理論,每顆黑洞都存在一個(gè)輻射溫度,輻射溫度與黑洞質(zhì)量成反比,質(zhì)量越小的黑洞,輻射溫度越高,對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)壽命越短,比如:
(1)十億噸大小的黑洞,對(duì)應(yīng)的史瓦西半徑只有原子核大小,輻射溫度高達(dá)1萬(wàn)億度,蒸發(fā)壽命大約是100億年。
(2)月球質(zhì)量大小的黑洞,輻射溫度只有1.7K,比宇宙背景輻射溫度2.7K還低。
(3)太陽(yáng)質(zhì)量大小的黑洞,輻射溫度只有6*10^-8K,壽命更是高達(dá)10^65年數(shù)量級(jí)。
對(duì)于恒星坍塌形成的黑洞,理論上質(zhì)量都大于3倍太陽(yáng)質(zhì)量,輻射溫度非常低,壽命遠(yuǎn)比我們宇宙年齡長(zhǎng);目前我們宇宙的背景輻射溫度是2.7K,對(duì)于絕大部分黑洞來(lái)說(shuō),可以直接從宇宙背景輻射中吸收能量,于是這些黑洞的質(zhì)量只會(huì)增加不會(huì)降低。
在宇宙大爆炸之初,也許形成了許多原初黑洞,原初黑洞的質(zhì)量很小,這些黑洞的輻射溫度非常高,壽命很短,但是原初黑洞只是理論中的假設(shè),目前天文學(xué)家還從未發(fā)現(xiàn)小質(zhì)量黑洞的存在。
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