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霍金辐射(霍金辐射公式)

首页>宇宙频道 > 点击:2471℃2022-08-05 00:07:56
导读霍金辐射(霍金辐射公式) 1975年,霍金发表了举世震惊的研究结果:如果将量子论考虑进去,黑洞将有可能蒸散!在“霍金辐射”影响下,包括光子,中微子以及 ...
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霍金辐射(霍金辐射公式)

1975年,霍金发表了举世震惊的研究结果:如果将量子论考虑进去,黑洞将有可能蒸散!在“霍金辐射”影响下,包括光子,中微子以及一定程度上不同种类的粒子发出微弱光芒。这从未被观察到,因为在我们能证明已存在的黑洞中是大量热气,其辐射完全能吞噬微小的影响。的确,如果黑洞的质量为太阳质量,霍金预测它发出的亮光就像温度为6×10^-8/M开尔文的黑体。

图解:黑洞(中)在大麦哲伦星云前面的模拟图。请注意引力透镜的影响,产生了放大的,但高度扭曲的星云的两个影像。在顶部的银河系盘面扭曲成一个弧形。

因此,只有非常小的黑洞所释放的辐射才会有意义。尽管如此,该效果理论上非常有趣,致力于理解量子理论和重力是如何匹配的普通人已经花费了大量精力试图理解该理论及其结果。最极端的结果是一个黑洞,如果任其独自生存以及无吞噬,其质量将蒸发,一开始比较慢,但之后不断衰弱,速度越来越快,最终在类似氢弹释放的光芒中蒸发殆尽。但是一个太阳质量的黑洞的寿命为10^71M^3秒。

因此不要等着一个巨大的黑洞直至其消亡。(人们一直在寻找着在宇宙大爆炸中形成的较小黑洞的死亡,但并未有所发现。)

该理论是如何运行的呢?你会发现,霍金辐射在许多“科学普及”中的解释是这样的:

在黑洞的视界边缘,虚粒子对不断被创造出来,无处不在。粒子一般以成对的形式出现(粒子-反粒子对),并很快碰撞相消。但是在黑洞的视界边缘,虚粒子相消之前有可能一个会坠入黑洞,另外一个逃离,从而产生霍金辐射。

事实上,这样的观点在实际计算过程中无法清楚展现。至少,我从来没明白标准运算是如何在虚粒子从视界逃逸时进行运算的,在上次谈话中,我就在此,考虑到会有这样的事情发生在视界,没有人能“地道地”描述霍金辐射。我很高兴能够被任何不在此次谈话中的专家纠正……注意:如果此类启发式的描述被证明是正确的,我不会为此感到惊讶,但是我无法理解你们是如何从一般运算中得到这样的描述的。朝夕网 Www.u3i3.cOm原创不易,请大佬高抬贵手!

一般计算包括波戈留玻夫变换。在你量化电磁场时,你解决了经典方程组(马克士威方程组),并将答案以正频和负频对的线性组合形式写下来。总体而言,一个人给你了粒子,另外一个人给你了反粒子。更巧妙的是,分裂在量子真空理论中是隐形的!换言之,如果你以一种方式进行分裂,我以另外一种方式进行,我们对量子状态看法可能不同!

这并不是令人完全震惊,只是非常震惊。毕竟,真空状态可以被视为最低能量状态。如果我们使用不同的坐标系统,我们会对时间有不同观点,因此也会对能量有不同看法—能量在量子理论中是以运算符H定义的,时间进化是以exp(-itH)表示。因此一方面,很有可能我们在经典场理论中得出了不同的正负频答案,而这个答案是时间相关exp(-iωt)的线性组合,被称之为正频或负频,这取决于ω,当然,这也取决于坐标时t的选择。另一方面,很有可能我们对最低能量状态的看法也是不同的。

现在,我们在闵可夫斯基时空中,根据狭义相对论,会有大量“惯性参考系”与洛伦兹变换不同。不同的坐标时会给出,但是我们发现,不同从来不是那么糟糕,不同的坐标给出了马克士威方程组正负频答案不同的观点。不会有不同的人用这些坐标系统谈论最低能量状态。因此所有惯性观察者认同粒子,反粒子,真空的概念。

图解:本图展示了球面上的点x的切空间。这个矢量空间可以看作ℝ3的子空间。其中的矢量则叫作“几何切矢量”。同理,平坦时空中任一点的切空间可以视为时空的子空间。

但是在扭曲时空中,并不存在最“好”的坐标系统,即惯性的。因此,即使是很多坐标的不同选择也会对正反粒子或者真空概念有着不同看法。这些异议并不意味着“一切具有相关性”,因为有公式可以解释不同坐标的描述。这就是波戈留玻夫变换。

因此如果有黑洞……

一方面,我们可以把马克士威方程组结果分为能够以最快速度远离黑洞和远在未来的正频……

另一方面,我们可以把马克士威方程组结果分为以最快速度远离过去,在坠入黑洞前完成的正频。

这是我给出的有启发的解释,最接近正常计算。还有一些事情要说,远在未来和逃离黑洞的粒子无法在黑洞中看到,因此它的状态描述是不完整的,有熵,事实上是热状态。(这里我假设黑洞不是永恒的,因此在过去的粒子也无法应对黑洞。)很明显,霍金最初的计算解决了这个案例,但是人们最终淡化了他的解释,他们为了简化计算,假设黑洞是永恒的。这就是谈话中所讲到的……我只明白了被淡化的版本!)

现在,事实上,当你对真空做波戈留玻夫变换时,你会得到正反粒子对的状态,因此在数学和启发式解释之间是有联系的。希望描述启发式解释的人能够比我还明白这其中的关联!

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.math-Grace

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作者: iloveyou

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