06.07 如何區分反物質黑洞與普通黑洞?

如何區分反物質黑洞與普通黑洞?

黑洞

在宇宙中,是否存在由反物質組成的黑洞呢?我們是否有辦法區分開來呢?

結論是,我們沒有辦法區分反物質黑洞和常規物質黑洞。事實上,如果這兩者擁有相同的質量、電荷和角動量的話,它們之間就沒有差異。

首先,反物質就像普通物質一樣,只不過它們的電荷和其他一些屬性是相反的。反物質具有正質量,就像普通物質一樣,以同樣方式產生引力。反物質在我們的宇宙中非常罕見,所以異乎尋常,但它們遵循物理定律的方式並不奇異,一塊反物質餅乾看起來就像一塊普通的餅乾一樣。因此,在討論中加入反物質的概念並不會帶來任何新的或奇異的東西。

如何區分反物質黑洞與普通黑洞?

反物質

事實上,就連一個由氫組成的黑洞和一個由氦組成的黑洞都沒有區別,只要總質量、電荷和角動量是相同的話。根據無毛定理,黑洞有一個有趣的特性,所有落入黑洞的信息和結構都被困在其中,甚至可能被摧毀,但它們會對黑洞的總質量、電荷和角動量產生影響。

黑洞的整體質量決定了它們的引力強度,當我們談論黑洞有多大時,實際上是在討論黑洞的質量。大黑洞的質量更大,引力更大,因此對周圍的影響更大。當物質落入黑洞時,它們會增加黑洞的整體質量。

另一方面,黑洞的總電荷決定了它們所產生的電場強度。當帶有與黑洞相同極性電荷的物質落入黑洞時,它會增加黑洞的電荷。

黑洞的整體角動量描述了它們的旋轉速度。當物質旋轉墜入黑洞時,如果它們的旋轉方向與黑洞相同,就會增加黑洞的總角動量;如果它們以相反方向旋轉,就會減少黑洞的總角動量。

如何區分反物質黑洞與普通黑洞?

落入黑洞的物質會丟失大量的信息

在斯蒂芬•霍金和羅傑•彭羅斯所著《時空本性》(The Nature of Space and Time)一書中,霍金表示,無毛定理表明在沒有物質場的情況下,唯一穩態黑洞是克爾解。它們的特徵是兩個參數,質量M和角動量J。大衛•羅賓遜將無毛定理擴展到有電磁場的情況下,這增加了第三個參數Q,電荷。無毛定理顯示的是,當一個天體坍縮形成一個黑洞時,會丟失大量信息。坍縮的天體是由大量參數描述的,然而,形成的黑洞完全獨立於這種物質類型,只剩下質量、角動量和電荷三個參數。

由於信息無法從黑洞中發出來,所以我們不知道黑洞內部究竟是怎麼回事。一般認為,黑洞的中心是一個聚集所有黑洞質量的奇點。這個奇點小到沒有尺寸,使得描述引力效應的廣義相對論變得不準確。我們需要量子理論來精確地描述微觀上的物理現象,但我們還沒有得到一種正確的量子引力理論,所以我們現在對黑洞內發生的事情不太清楚。


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