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真的沒有東西能夠逃出黑洞?霍金給你不一樣的答案!

黑洞可以說是宇宙中最奇特的天體,它的引力強大到連光都無法逃逸。黑洞之所以看起來是黑色,正是因為它周圍的光無法逃離出來,進入我們的眼睛。那麼,這是否意味著,黑洞是個只進不出的地方,真的沒有任何東西能夠從那裡逃出來嗎?答案當然是否定的!

物理學界一直有一個難題。在熱力學第二定律中,熵表示一個物體的無序程度,萬物都是由有序趨於無序,熵總是在不斷增加的。但如果把具有熵的物體丟進黑洞裡面,那豈不是表明這些熵被消滅掉了嗎,因為黑洞裡面什麼都沒有,也不會存在分子的重新排列,因而黑洞似乎不可能會具有熵?如果黑洞是熵的「墳墓」,那就意味著宇宙中的熵在不斷減少,這顯然違背了熱力學第二定律。幾乎所有人都認為,熱力學第二定律在黑洞問題上失效了,直到霍金提出了霍金輻射的概念。

霍金實現了量子力學與廣義相對論的局部統一,他把量子場引入了黑洞。在微觀世界中有一個神奇的現象,那就是能量能夠憑空產生,又瞬間消失,這個現象被稱為量子漲落。量子漲落能夠使虛空瞬間產生一對正反粒子,比如電子與正電子,然後又突然湮滅消失,以符合能量守恆定律。

霍金考慮了這種無處不在的量子漲落,它在其它任何地方都是一樣的——粒子対隨機產生,相互靠近,然後迅速湮滅消失。但在黑洞邊界上,情況就大不一樣了。霍金推測,如果虛空中產生的粒子対距離黑洞足夠近,其中一個粒子可能會被黑洞吸進去,而另一個就會逃逸到太空。在遙遠的觀測者看來,從黑洞視界外側逃逸的正能量粒子,就像輻射一樣,所以這種效應被命名為霍金輻射。

霍金輻射證實了黑洞存在熵的觀點,只要我們同時考慮黑洞表面積的熵與輻射物質的熵,那麼黑洞就不再是熵的墳墓了,它並沒有違背由於它向外帶走能量,所以黑洞的的質量是逐漸變小的,它同時也向外帶去信息,所以也不違背信息守恆定律。


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