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霍金預言的「黑洞蒸發」是真的嗎?最新研究表明的「結果」

2024-03-04科學

霍金曾經預言:「看來永遠的黑洞不久也會失去質素,最後蒸發吧。」給物理學界帶來了沖擊。 只是,那個觀測在很長的時間裏極其困難。 開拓其新的可能性,是使用「人工黑洞」的驗證。

從「宇宙」到「時空」

比古代更仰望夜空的人類,想到了什麽呢? 大概是被不斷移動的天體的和諧所吸引,對這些一成不變的星星執行的不變性感到心情平靜,對即將發生的未來充滿了思念吧。 然後,那個宏偉的世界被命名為「宇宙」。

「宇宙」的語源來自公元前2世紀(西漢時代)左右的全書【淮南子卷十一齊俗訓】中的一節,即「往古來今謂之宙,四方上下謂之宇」(「往古來今謂之宙,四方上下謂之宇」)。 「宇」意味著空間,「宇宙」意味著時間。 令人驚訝的是,從這麽久以前,現代物理學的「時空」概念本身就好像存在過一樣。 話雖如此,對於過著日常生活的我們來說,即使說「時間」和「空間」,也可能只是各自不同的概念。 但是,將時間和空間視為一體的「時空」概念由代表20世紀的物理學家愛因斯坦發表,從根本上推翻了物理學中的時間和空間概念,是一件令人震驚的事情。 所謂的「廣義相對論」的登場。 那是距今大約100年前的事了。

「摩訶不可思議天體」的發現

愛因斯坦革新了時空的概念之後,將這個概念展開到宇宙中的時候,摩訶不可思議的天體暴露了出來。 是「黑洞」。

在廣義相對論中,重力會彎曲時空。 例如,如果在橡膠膜上放置玻璃球,橡膠膜就會凹陷。

如果橡膠膜是時空,彈珠是重力源,那麽其凹陷被認為是時空的扭曲。 可以認為黑洞在非常強的重力作用下,時空扭曲非常大,像洞一樣。 也就是說,這是宇宙的螞蟻地獄,會吞噬附近的任何東西。


一旦被它捕獲,就連光也無法逃脫。 這就是相對論講述的世界。 當初,就連專家也用懷疑的目光看待它的存在,但直到2019年捕捉到它的身影,在現代社會中,它在思考宇宙的前進演化過程中成為了不可或缺的存在。

這件事,我想大家也很清楚。 為了理解這個不可思議的天體,研究人員將黑洞的物理與一般人熟知的熱力學聯系起來。 但是,問題就這樣暴露了。 在熱力學中,具有質素,也就是能量的物體一定會有由該能量決定的溫度的熱輻射(黑體輻射),但是什麽都會吸入的黑洞沒有輻射。 科學家們感到困惑,認為這樣無法進行準確的計算。

拯救了困境的「天才物理學家」登場

開拓量子宇宙論的物理學家霍金拯救了這個困境。 他宣布,考慮到量子效應,粒子會從黑洞中出來。 這叫做「霍金輻射」。 順便說一下,「輻射」是指能量和熱量呈放射狀擴散,「輻射」是指從中心發射光和放射線的術語。 對宏觀存在的黑洞考慮微觀效果是多麽重要啊。 果然只能說是天才。 霍金的這一舉措,為統一可以說是人類終極夙願的自然界中存在的力量,用一個理論來說明的「萬物理論」的構築投下了一石。

萬物理論與霍金輻射

物理學的終極目標是構建統一所有力量的「萬物理論」。 「萬物理論」可以說是將自然界中存在的4種力(「強力」、「弱力」、「電磁力」、「重力」)統一記述的理論。 直到現代,統一弱力和電磁力的拜因貝魯克·莎拉姆理論、對其施加強力的大統一理論被提出,但重力還沒有統一。 成為其障礙的是,量子論和相對論的統一很困難。 霍金輻射是在相對論記述的黑洞中發生的量子現象。 也就是說,霍金輻射是一種罕見的現象,描述宏觀世界的廣義相對論和描述微觀世界的量子力學都有關聯。 因此,霍金輻射的觀測是能否實作這些統一的試金石。

也就是說,這可能會成為撮合不投緣的兩種學問之間關系的愛媛,是一個非常重要的主題。 黑洞的蒸發、霍金的預言、電路中誕生的宇宙.