早在1973年,劍橋的Hawking綜合考慮了強引力場中量子效應後,得出結論
:任何黑洞都存在輻射,包括基態的Schwarzschild黑洞也是如此。
前提是這些過程不違反Heisenberg不確定性原理。
真空的量子漲落產生的正反粒子對其中一個進入了黑洞視界,而另一個必然逃離黑洞。
對於外部的觀測者來說,憑空產生的粒子代表著能量,但又不能違反能量守恆,帶來的影響就是黑洞必然會失去能量。
但黑洞確實獲得了一個粒子,所以也可以解讀為獲得了負能量。
這種負能量模式和Casimir 效應是目前人類找到的兩種負能量產生機制。
對於黑洞來說,想要降低能量,必然需要減少質量。
這個過程被稱為Hawking輻射。
關於黑洞能量的釋放,如果用Einstein的原子發光機制類比,Hawking輻射可以認為是一種自發輻射機制,而不是Penrose過程那樣的受激輻射。
黑洞只有三毛,為了不違反熱力學第二定律即熵增定律。
以色列天體物理學家Bekenstein(緬懷一下)證明了黑洞的面積其實是黑洞的熱力學熵。
所以傳統熱力學中的熵增原理到了黑洞熱力學中可以稱為黑洞面積不減定理。
按照這樣的套路來看,廣相也可以類似的定義黑洞溫度T。黑洞的輻射就是以此溫度為標誌的熱輻射。
輻射出的粒子可以是光子、中微子和電子。
只要這些粒子的靜能量和
光子最輕,靜質量為0,所以最容易產生。
如果假設黑洞輻射的光子波長為
如果與黑洞視界面的尺度相當(Schwarzschild半徑)
所以
而溫度為T時輻射光子的特徵波長滿足
就可以得到
彎曲時空中的量子場論給出的溫度與上面的式子相近
為
黑洞輻射的能譜可以看做黑體譜,單位面積的輻射功率為
而Schwarzschild黑洞的面積為
所以質量為M的黑洞輻射功率為
可見黑洞的輻射功率和質量的平方成反比,質量越小的黑洞輻射能力越強。壽命也就越短。
所以說,不僅僅黑洞內部的信息會蒸發,黑洞本身也是在加速枯萎的。
本文來自筆者知乎文章《被黑洞吸收的的物質有機會逃生嗎? - 蕭半楊的文章 - 知乎
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關鍵字: 能量 黑洞輻射 Schwarzschild