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05 黑洞的熵和热力学 Entropy and Thermodynamics of Black Holes(第4页)

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随着时间的流逝,黑洞会慢慢发出辐射并损失质量。

最初,这个过程非常缓慢。

事实证明,黑洞越大,其“表面引力”

越小。

这是因为尽管表面引力取决于质量,但仍遵循平方反比定律。

对于更大的黑洞来说,质量会更大,体积也更大。

因此最终结果是,大黑洞的表面引力会很小,而这相当于温度非常低。

因此,大的黑洞比小的黑洞发出的霍金辐射更少。

但是,随着黑洞蒸发并损失质量,霍金辐射的量会随着表面引力的增加而上升,因此温度也会升高。

假设黑洞没有吸收任何其他的能量,这种效应将使质量损失的速度越来越快,直到黑洞在寿命尽头突然消失。

因此,黑洞的寿命结束时并不会发出一声巨响,而是更加安静,发出“砰”

的一声。

这种蒸发过程仅适用于温度高于其周围环境温度的黑洞。

在宇宙历史的当前阶段,从宇宙微波背景辐射的光谱形状测得的宇宙温度比绝对零度高2.7摄氏度,因此质量超过100万亿千克的黑洞现在不会蒸发,因为它们的温度低于其周围环境的温度。

但是,当宇宙随着进一步膨胀而变得更冷时,这些质量比太阳小得多的黑洞就能蒸发了。

到目前为止,宇宙中所有比这个微不足道的质量的百分之一还要小的黑洞都应该已经消失了。

黑洞信息悖论

这一切会引发的一个问题是:落入黑洞的物质中所储存的信息会怎么样?一种观点认为,即使黑洞在物质落入后马上就蒸发掉,这些信息也会永远丢失。

另一种观点则认为那些信息不会丢失。

后者的论证过程是,因为黑洞蒸发了,所以落入黑洞的原始物质中所包含的信息必须以某种方式存储在黑洞的辐射中。

因此,如果你可以分析来自黑洞的所有霍金辐射并完全理解这些辐射的意义,你就能重建最初掉入黑洞中的所有物质的细节。

关于这件事,在斯蒂芬·霍金、基普·索恩和约翰·普雷斯基尔(JohnPreskill)之间有一个著名的赌注。

索恩和霍金支持前一种观点,而普雷斯基尔支持后一种观点。

他们的赌注是,败者将输给胜者一套他所选择的百科全书。

2004年,霍金被“信息可以被编码在黑洞的辐射中”

的想法彻底说服了,于是他认输并给了普雷斯基尔一套关于棒球的百科全书。

不过,这件事现在仍然有争议。

尽管这些理论推测都很巧妙,但值得再次说明的是,人们连黑洞发出的最普通的霍金辐射都还没有观察到。

物理学的历史上充斥着古老精巧但最终被证明是谬误的理论的残骸。

实验和观测经常会产生出乎意料的结果。

确实如此,从我们对宏伟的天文现象的观测可知,或许根本没人预测出黑洞的基本原理。

未能观测到这些微弱的霍金辐射的原因之一,是我们所知道的许多黑洞都位于宇宙中某些最亮的物体的中心。

而这些黑洞实在太大了,也就是说它们都太冷不能通过霍金辐射蒸发。

这些物体由于完全不同的原因而异常明亮,我们将在第6章和第8章中对此进行探讨。

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