黑洞真存在嗎?根據熵增定律,黑洞在宇宙中就不應該存在

黑洞曾經是廣義相對論中預言的天體,但後來真發現了這種變態的天體,而到了去年的4月10日,全球的射電望遠鏡合作對M87*黑洞進行了成像,經過2年多時間的處理終於發佈,大家看到的黑洞確實是真實存在的,但在黑洞被看到之前,早就有很多證據表明其存在了!

黑洞真存在嗎?根據熵增定律,黑洞在宇宙中就不應該存在

黑洞是怎麼誕生的?真的是一個洞嗎?

所謂的廣義相對論中預言的天體,其實是一個錯誤的定義,當初是史瓦西這個大神算出來天體坍縮成黑洞的度規的,廣相引力場公式是一個以張量形式寫成的方程,它實際上包含了10個二階非線性偏微分方程,含有16個自變量,要求解是非常困難的,但史瓦西在一戰戰場上就搞定了,但很可惜的是當時的交戰雙方腦子實在是秀逗了,居然讓科學家去打仗,史瓦西還受傷感染掛了,這損失得有多大?

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不過史瓦西求解出來的是天體在坍縮到怎麼樣條件的時候將會坍縮成黑洞,這不是一個天然坍縮的條件,而是一個人為條件,而自然坍縮則要達到奧本海默極限,引力突破電子簡併力,中子簡併力,一直壓碎夸克坍縮成黑洞,這個極限大約是簡併態天體的質量超過太陽的3.2倍以上。

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這個坍縮過程一般都會伴隨著超新星爆發,所以很多朋友認為超新星爆發會導致黑洞,其實並不會,它可能是某些黑洞的促成因素,但卻不是必要因素,因為只要質量夠大,自己也會坍縮成黑洞,就像原初黑洞一樣!

黑洞真的是一個洞嗎?

黑洞難道不是一個洞嗎?其實如果用二維平面來表示的話,洞無疑是最好的表達方式,並且各種圖片和科幻片中給人的感覺就是一個洞,但黑洞並不是一個洞,它在三維空時空中是一個無限小的質點,是在一個三維空間中空間極度扭曲的區域,假如用廣相來描述的話,這是一個時空扭曲到了極點的區域,連光都走不出這個扭曲時空。

黑洞真存在嗎?根據熵增定律,黑洞在宇宙中就不應該存在

所以黑洞並不是一個洞,但對於科普來說,黑洞有是最貼切的形容方式,所以儘管我們知道了黑洞並不能徹底形容這個“黑點”,因為還有一個事件視界,所以真正的形容是一個黑球!

黑洞裡的東西到底去哪了?

這可能是最讓大家好奇的,但就現代黑洞理論來說,黑洞的物質有兩個去處,如果加上不靠譜的推論,那麼還有第三個去處!

黑洞物質永遠都留在黑洞內

其實這反而是最容易理解的,黑洞誕生前是因為自身質量太大,將夸克都壓垮了,因此物質才坍縮成了看不見的奇點,儘管我們無法用三維空間的尺寸來表示它的大小,但它卻有一個上文說過的視界,這個視界表示黑洞內光速都無法逃逸的區域。

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既然連光的逃不走,那麼還有什麼物質能逃出黑洞外呢?所以坍縮成黑洞的物質會永遠都留在這個黑洞內。而且物質坍縮成黑洞後,所有之前天體的特徵將只會保留質量、角動量和電荷,這就是黑洞著名的黑洞無毛定理。

黑洞蒸發和霍金輻射的形式慢慢逃逸

黑洞會的質量看起來永增不減,但事實上確有兩種方式會散失質量,一個是微型黑洞的的熱輻射,一個太陽質量大小的黑洞(正常情況下不會變成黑洞,但原初黑洞可能就存在),它的度只有有60nK,遠低於微波背景輻射的2.7K,因此它是吸收能量的,但一個比月球質量小的黑洞,則會因為其溫度高於2.7K,會逐漸輻射能量,一直到黑洞消失,這種叫做黑洞蒸發。

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另一種則是則是霍金輻射理論,這個比較懸,它的大概意思是那些低於微波背景輻射溫度的(會隨著宇宙膨脹逐漸降得更低),所以熱輻射會持續,但更大的黑洞在尚未高於背景輻射前,就已經開始散失質量,這是量子力學中的真空不空理論所致。

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海森堡不確定性原理認為,當時間確定的一剎那,即使在真空中也會產生虛粒子對,瞬間湮滅以保持質能守恆,但在黑洞視界附近出現時候,在靠近視界的虛粒子被黑洞吞噬,從而使視界外的虛粒子轉而實粒子逃逸,而視界內的虛粒子帶有負質量,因此黑洞會因為霍金輻射效應而慢慢減少質量,但這個速度極慢,太陽質量大的黑洞需要10^58年來蒸發0.0000001%的質量。

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在霍金輻射被提出之前,黑洞的特性會將會和熵增定律相違背,因為黑洞把有熵的物質給消滅了,但熵增定律告訴我們,熵只會增加,幸虧霍金輻射解決了這個問題,不過可惜的是到現在為止我們還沒有觀測到霍金輻射。

黑洞向它的出口白洞輸送質量

廣義相對論中並不反對有這樣的通道存在,但白洞這種方式是在有些玄乎,迄今為止還僅僅是一個數學遊戲。

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這就是黑洞質量的幾個去處,但有一點我們可以確認的是,進入黑洞的質量不會憑空消失的,而黑洞質量的變化也是根據質能守恆定律推導出來的結果,但到底是什麼方式來證明,比如霍金輻射,也許還要一段時間,但就理論上來分析,並沒有錯!


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