黑洞辐射就是黑洞自身的一种物质结构。
我们都知道黑洞是宇宙中最为神秘的天体之一,它距离地球极为遥远,而且其周围的时空也是异常复杂,所以我们对黑洞的了解并不多。
说起黑洞,相信大家都非常熟悉了,它是由质量极大而体积极小的恒星坍缩而成。
根据宇宙大爆炸理论,在爆炸过程中由于温度和压力的急剧下降,原子被大量剥离,最终形成了质量极大的星体——黑洞。
而黑洞辐射则是指在黑洞周围物质被辐射之后释放出的能量。
那么问题来了:光都逃不出黑洞的引力范围,为何霍金辐射却能使其损失质量?其实原因非常简单。
霍金辐射霍金辐射是指在黑洞视界附近,由于引力的作用会使物质不断被压缩,最终导致能量损失。
而根据爱因斯坦的相对论,如果宇宙中存在一个物质密度极高的区域,那么它就会对周围的时空产生一个向外的压力,这种压力将使时空不断压缩,最终使得该区域内物质的能量被释放。这种向外释放的能量就是霍金辐射。
我们都知道黑洞会不停地吞噬周围物质,因此它周围的物质密度也会不断降低,而当密度降低到一定程度之后就会发生坍缩,最终形成黑洞。
而霍金辐射正是由于黑洞向外释放的能量造成的,也就是说在黑洞视界附近物质密度降低到一定程度之后就会发生坍缩,这种坍缩将导致黑洞不断扩大,而霍金辐射就是在这种情况下出现的。
黑洞的本质要理解黑洞的本质,我们首先要明白“熵”是什么,所谓的“熵”就是物质所具有的一种无序状态。根据量子力学的原理,一个物体从有序到无序,其过程可以用“熵增”来表示。
而黑洞就是指一个恒星或者天体在坍缩的过程中由于引力收缩而产生的一种物理现象。恒星的形成就是一个熵增的过程,所以当黑洞形成后,其自身也会有“熵增”的过程。
这种“熵增”的过程可以用数学公式来表示:
其中,C是指恒星坍缩成黑洞的过程中所具有的质量。
M是指黑洞在形成后所具有的能量。
不过“熵增”并不是什么好事,它会使得物体在某一时刻变为无序,例如当黑洞周围聚集了大量物质后,其内部就会出现热量,而热量就会使黑洞产生“熵增”。
黑洞辐射与霍金辐射的区别在我们所了解的黑洞中,霍金辐射是其核心部分辐射出的一种能量,而与之不同的是,霍金辐射会以黑洞视界为中心向外辐射,而霍金辐射则是以黑洞视界为中心向外辐射。
除此之外,我们还可以从两种辐射的方向上来进行区分:
(1)当我们从黑洞视界向外辐射时,会在黑洞周围形成一个“光环”,而光环的中心则是我们所熟知的“吸积盘”。
(2)而当我们从黑洞视界向内辐射时,则会形成一个“喷流”。喷流的中心则是我们所熟知的“白洞”。
所以说,如果说霍金辐射是以黑洞视界为中心向外辐射的话,那么霍金辐射则是以白洞中心为中心向外辐射。
而霍金辐射与白洞之间也有很大区别:霍金辐射不会向外产生能量释放,而白洞则会。
霍金辐射的计算方法虽然我们无法计算出霍金辐射的具体数值,但我们可以通过一个公式来计算出霍金辐射的具体数值。这个公式就是:
其中,W是辐射的强度,E是辐射所能达到的最大能量,v是光速。
我们都知道,黑洞其实是一种天体,它既拥有巨大的质量,又拥有极为复杂的时空结构。
在这样一个天体内部,霍金辐射是如何被产生出来的呢?
我们知道,黑洞发出的辐射其实是一种能量形式,而这种能量形式可以直接转化为光子或者其他形式的能量。
所以在黑洞内部,由于物质不断地坍缩和演化,其内部的空间会不断地向外辐射光子或其他物质。
我们可以这样理解:由于黑洞本身就具备了极为强大的引力效应和辐射效应,所以它在霍金辐射过程中会逐渐损失质量。
而这个损失质量的过程就是黑洞发射霍金辐射的过程。
黑洞的质量到底有多少?目前我们对黑洞的认识还不是很全面,在理论上它可以无限的接近无限的小,这就导致其质量非常大,根据爱因斯坦的广义相对论,黑洞的质量与它的体积成正比。
拿一个最简单的例子来说明:
当一辆汽车以时速100公里行驶时,其质量为1000千克,而当汽车以时速100公里行驶时,其质量为1000千克,两者相比的话,汽车的质量减少了1/1000000。
这就说明:黑洞的质量与它的体积成反比。
如果把黑洞看做是一个球体,那么它的面积就是球体面积乘以它的半径。
如果一个黑洞半径为3公里,那么其面积就是3*10^(-33)=1平方米。这也就是说:一个黑洞质量等于半径乘以面积。
黑洞不是无限大吗?按照爱因斯坦的广义相对论,任何东西都不可能是无限大,但黑洞却是无限大的。
那么问题来了,为何黑洞会无限大?难道它是一种宇宙中最小的天体?答案当然不是了!
其实黑洞就是一种“时空曲率”非常高的天体,它与普通的星体不同,普通的星体可以在一个时间点上无限小,但是黑洞却只能在一个时间点上无限大。
比如说,黑洞在一秒内可以吸收掉掉100个太阳质量以上的物质,而在一年内却可以吸收掉掉10万亿个太阳质量以上的物质。
虽然说这可能会使得黑洞会膨胀,但是由于黑洞无限大的特点,它永远也无法吃完掉掉10万亿个太阳质量以上的物质。
所以说,虽然说黑洞可以吞噬一切物质,但是却无法吃完整个宇宙!所以说:“宇宙是有限而又永恒的!”
观点总结虽然霍金辐射对黑洞的影响非常巨大,但是由于目前的科技水平限制,我们还是无法证明霍金辐射对黑洞有多大影响,并且我们也不能证实黑洞的质量到底有多少。
所以我们目前还无法得出霍金辐射对黑洞质量影响的具体数值。
但是科学家们通过研究发现,黑洞中的物质能量密度是非常低的,只有氢原子的千分之一左右。
而根据霍金辐射理论,能量密度低到一定程度时就会使黑洞损失质量,这一点也被证明是正确的。
不过这些都只是一些初步的结论,未来科学家们将会继续研究并证明这一点。
资料来源:《中国国家天文》