黑洞是恆星爆炸坍縮之後產生的星體,那麼它內部是不是溫度很高?
太陽中心溫度有1500萬至2000萬攝氏度,中子星的內部溫度超過了60億攝氏度,那麼黑洞呢,它內部是不是溫度很高?答案是否定的,而且溫度還極低。
黑洞就如同一個具有溫度的熱體,它的溫度只與它的質量有關,溫度與質量成反比,質量越大,溫度越低,質量越小,溫度越高。與很多人想像的不一樣,黑洞的溫度其實是非常低的,幾個太陽質量的黑洞,它的溫度只比絕對零度高百萬分之一度,更大質量的黑洞,其溫度還要更低。比如質量超過百萬倍太陽質量,或者數億倍太陽質量的黑洞,黑洞內部溫度是極低的,接近絕對零度。
按照霍金的理論,黑洞也會向外輻射能量,而且溫度越高,輻射也越強。對於幾個太陽質量的黑洞,其溫度極低,可以說是微不足道的,這樣溫度的輻射也是非常微弱的,就連最先進的實驗室也探測不出來。
在未來,如果人類可以製造出人造黑洞,那情況將會大不一樣。人造黑洞的質量一般非常小,其溫度也非常之高,可以達到千萬度甚至是上億度。在這種溫度下,黑洞的輻射將會非常劇烈,輻射會使黑洞損失質量,劇烈的輻射將使溫度迅猛上升,隨著溫度上升,輻射將進一步加劇,黑洞進一步損失質量。這是一個不斷加速的過程,最終,黑洞將會迅速地損失質量,以強烈的爆發迎來它的結局,宇宙最終結局就是連黑洞都蒸發殆盡。
答案是,黑洞內部是超低溫,接近絕對零度。但這不是觀測出來的,是根據物理理論的計算/推算的結果。
首先,黑洞作為一個天體,高溫部分是在視界線區域中。這個所謂的視界線呢,英文叫horizon,一般意義上的意思是「地平線」。取這個名字,有個隱含的意思,就是黑洞之外對黑洞的觀測,到此為止。再往裡,就好像是你想在地球上觀測地平線一下的天體一下,絕對不可能。所以事實上沒有人能通過任何方式測的黑洞內部的溫度。
那麼視界線區域為什麼放熱呢?因為黑洞吸引的大量物質在這個區域高速旋轉摩擦產生大量粒子運動,於是就會發光發熱。
但是為什麼外面熱,可是再往裡黑洞的中心是接近絕對零度的低溫呢?
鑒於上半年霍金先生又跳出來修正了自己的理論,我僅以霍金此次修正之前,我比較熟悉的關於黑洞的天體物理知識來解釋。
首先,以牛頓體系為基礎的話,不難理解「熱」是粒子運動的一種表現。而黑洞的一個特性就是壓縮空間和粒子到極限。於是,黑洞越大,這個能力越強,黑洞內部物質的構成粒子能夠進行的運動空間就越少,於是溫度就越低。
其次,如果以愛因斯坦的相對論為基礎來理解的話,黑洞會在宇宙中形成一個無限大的引力凹陷,物質和信息會全部進入這個引力凹陷中去。這些東西進去了,就不會出來了,直到黑洞消失為止。換句話說,物質從我們的宇宙中消失了。因此黑洞內部的物質和信息絕對無法影響到黑洞外部的世界。既然黑洞內部的一切物質都無法對我們的宇宙空間產生影響,那麼邏輯上來說,黑洞內部一定是宇宙中可以出現的最低的溫度。
最後,按照霍金先生此次修正理論之前的「舊理論「為基礎來理解,因為信息不滅,所以物質進入黑洞後,信息會以輻射的形式重新釋放回我們的宇宙空間中。根據霍金之前的計算,輻射出來的信息量等於物質進入黑洞前的信息量。換句話說,黑洞中的所有物質都被輻射出去了。因此黑洞中不會存在能產生熱量的物質,故而還是絕對零度。
以上三種理解方式並非嚴謹的學術解釋。內容均來自於我此前閱讀過的關於熱力學,相對論和霍金輻射的科普讀物。
從前初上頭條時,總看到人們一蜂窩地說:黑洞與奇點溫度無限高。怎麼現在統統浪拓嘴,沒人這麼說了?。
如果是一個只懂得熱力學小學程度的人,說黑洞及奇點溫度無限高,說明他有思考,探索和求知精神,情有可原。
但如果上過大學,甚至是高能物理界的,說黑洞奇點溫度無限高,就能下結論:這種人的文憑是花錢買來的,要做個正常的人,還得回幼兒園重新掃盲去。
黑洞奇點溫度,比絕對0度還低,一般高能物理院士都能輕而易舉將其所處各種臨界點溫度低熵演算出來。
現在外星人已經能製造出冷凍彈,就是將鐵元素急速合成比鈾還重的重元素,我們地球人還在嚷嚷,相互忽悠,說黑洞奇點溫度無限高呢。
終於知道地球上為什麼找不到外星人了,原來都是被地球人的愚蠢給笑死了的。
溫度很低,至於低到什麼水平,除非我吹牛,但我的確不知道。
恆星是個放熱反應,那麼黑洞就是個吸熱反應。
恆星可以壓縮能量形成粒子。在九十萬度與恆星表面的力可以形成氫元素。在一億度,我們太陽這樣恆星死亡時候壓縮爆炸的力,才能形成鐵元素。在千億度,超巨恆星死亡壓縮爆炸,才能形成金元素。
那麼黑洞,在我看來,有很大的引力,對於黑洞來說不僅僅是引力,還是壓縮力,那麼它可以壓縮很多粒子並把其還原成遊離能量,那麼黑洞就是個吸熱反應。
那麼黑洞的溫度自然就會很低,但具體低多少,咱不知道,也猜不出來。
宇宙不會出現bug,既然有合成就會有分解,分解的能量又成了新的恆星的養料,繼續合成粒子。
這就是一個簡單的循環。
黑洞無毛,黑洞除了質量、電荷、角動量三個物理量之外,不再具有其它物理量,所以溫度對於黑洞來說無意義。倒是在黑洞視界邊緣,存在霍金輻射產生的微弱輻射,如果把這個算成黑洞的溫度的話,那麼黑洞視界上具有非常接近於0K的溫度,但比目前的微波背景輻射還要低。然而這並不是黑洞自身的溫度。
宇宙就是一個大黑洞,這是通過全宇宙的質量和其形成的總引力場半徑計算出來的,大約數百億光年。我們之所以只能探索到所謂宇宙的邊緣,就是因為我們處在一個巨大的黑洞之中,所有的能量將不可能超越視界,宇宙的背景輻射,不過是內視界的能量運動。從外面看,我們所在的這個宇宙僅是一個黑洞,那麼外面的智慧生命會認為我們這個宇宙溫度是絕對0度嗎?會不會有生命呢?會不會有溫度呢?
一看作者就是有探究精神但缺乏物理知識的人。好了,回歸正題。黑洞溫度應該是無限低的。溫度是內能的一種表現,而內能則是粒子無規則運動的能量。比如中子星,中子緊密結合,溫度接近絕對零度。至於黑洞,所有粒子坍塌成一個點,拋棄空間物理來說,溫度應該是無限低的。
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