李 瑞 |
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大伙的第一反應(yīng)是不是這樣的:宇宙中任何東西都應(yīng)該有溫度,地球有溫度,太陽(yáng)有溫度,銀河系有溫度,黑洞應(yīng)該也有溫度,這有什么稀奇的。別急,大伙再聽(tīng)下面的,就會(huì)明白,如果說(shuō)黑洞具有溫度,將是多么不可思議的事情。
首先,我們想一下,我們是如何感受到一個(gè)物體的溫度的呢?冬天,您坐在火爐旁邊,是不是感覺(jué)暖暖的?那么,您有沒(méi)有想過(guò),為什么人感受到了火爐的溫度?是火爐發(fā)出的紅外線跑到了我們身上。如果沒(méi)有這個(gè)紅外線,我們也就沒(méi)法感受到火爐的溫度了。而對(duì)于能吞噬一切的黑洞(當(dāng)然也包括紅外線),怎么可能具有溫度!這下您應(yīng)該能明白,為什么我說(shuō)黑洞具有溫度將是多么不可思議的一件事!
然而,黑洞的確具有溫度。當(dāng)然,這里說(shuō)的不是黑洞周?chē)矬w的溫度。我們假設(shè)一顆赤裸的、周?chē)鷽](méi)有任何東西的黑洞,沒(méi)有氣體,沒(méi)有塵埃,更沒(méi)有吸積盤(pán),我們就看一下黑洞視界上的溫度。說(shuō)到視界,我們可以簡(jiǎn)單地理解為黑洞的表面。黑洞的視界是光也無(wú)法逃出來(lái)的那個(gè)地方,因此黑洞視界內(nèi)的任何東西我們都是看不到的。
而要想理解黑洞在視界上的溫度,我們得先弄明白一個(gè)概念:霍金輻射。因?yàn)榱孔訚q落的存在,在黑洞視界附近的真空中,可能會(huì)瞬間產(chǎn)生出一對(duì)正反虛粒子。一般來(lái)說(shuō),這對(duì)虛粒子產(chǎn)生后便會(huì)立刻湮滅消失。但是,如果這個(gè)現(xiàn)象恰巧發(fā)生在黑洞的視界面上,那么這兩個(gè)粒子中的反粒子會(huì)被黑洞吸收,而正粒子則獲得能量逃逸出來(lái)。
哇!如此說(shuō)來(lái),黑洞并不是把所有的東西都吃掉,起碼有一部分因?yàn)榱孔訚q落產(chǎn)生的正粒子跑了出來(lái)啊。關(guān)于量子漲落,這里順便說(shuō)一句,真空并不是完全空的,它有一定的能量起伏,如果某個(gè)地方的能量在某個(gè)時(shí)間變成了正的,其附近就必然有的地方變成了負(fù)的,這樣才能維持能量守恒。
有人可能會(huì)問(wèn),為什么只有正粒子跑出來(lái),而反粒子卻不行呢?這是因?yàn)?,黑洞周?chē)臅r(shí)空不允許反粒子存在,即使反粒子能出來(lái),它也立刻與黑洞外的正粒子湮滅掉。
現(xiàn)在,從我們的角度看,是不是就感覺(jué)這些正粒子似乎就是從黑洞里面發(fā)射出來(lái)的呢?再回想一下剛才提到的火爐場(chǎng)景,如果黑洞中出來(lái)的這些粒子是光子,那我們是不是就可以知道黑洞的溫度了?簡(jiǎn)直不能再神奇!
那么,既然黑洞具有溫度,有人肯定會(huì)問(wèn),黑洞的溫度到底有多高呢?對(duì)于有數(shù)百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞來(lái)說(shuō),它的溫度可能只有一百萬(wàn)億分之一開(kāi)爾文(絕對(duì)零度)。這簡(jiǎn)直太低了,有沒(méi)有溫度高點(diǎn)的?
當(dāng)然有,一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞的溫度大約為0.00000006開(kāi)爾文。這還是太低了,有沒(méi)有溫度再高點(diǎn)的、能用來(lái)煮飯的黑洞?
有,咱找個(gè)更小的,就跟月球質(zhì)量差不多的吧。據(jù)計(jì)算,一個(gè)質(zhì)量和月球差不多的黑洞,其表面溫度大約為1200開(kāi)爾文——這個(gè)不錯(cuò),溫度足夠咱們做飯了。
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