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黑洞真存在吗?根据熵增定律,黑洞在宇宙中就不应该存在!

黑洞曾经是广义相对论中预言的天体,但后来真发现了这种变态的天体,而到了去年的4月10日,全球的射电望远镜合作对M87*黑洞进行了成像,经过2年多时间的处理终于发布,大家看到的黑洞确实是真实存在的,但在黑洞被看到之前,早就有很多证据表明其存在了!

黑洞是怎么诞生的?真的是一个洞吗?

所谓的广义相对论中预言的天体,其实是一个错误的定义,当初是史瓦西这个大神算出来天体坍缩成黑洞的度规的,广相引力场公式是一个以张量形式写成的方程,它实际上包含了10个二阶非线性偏微分方程,含有16个自变量,要求解是非常困难的,但史瓦西在一战战场上就搞定了,但很可惜的是当时的交战双方脑子实在是秀逗了,居然让科学家去打仗,史瓦西还受伤感染挂了,这损失得有多大?

不过史瓦西求解出来的是天体在坍缩到怎么样条件的时候将会坍缩成黑洞,这不是一个天然坍缩的条件,而是一个人为条件,而自然坍缩则要达到奥本海默极限,引力突破电子简并力,中子简并力,一直压碎夸克坍缩成黑洞,这个极限大约是简并态天体的质量超过太阳的3.2倍以上。

这个坍缩过程一般都会伴随着超新星爆发,所以很多朋友认为超新星爆发会导致黑洞,其实并不会,它可能是某些黑洞的促成因素,但却不是必要因素,因为只要质量够大,自己也会坍缩成黑洞,就像原初黑洞一样!

黑洞真的是一个洞吗?

黑洞难道不是一个洞吗?其实如果用二维平面来表示的话,洞无疑是最好的表达方式,并且各种图片和科幻片中给人的感觉就是一个洞,但黑洞并不是一个洞,它在三维空时空中是一个无限小的质点,是在一个三维空间中空间极度扭曲的区域,假如用广相来描述的话,这是一个时空扭曲到了极点的区域,连光都走不出这个扭曲时空。

所以黑洞并不是一个洞,但对于科普来说,黑洞有是最贴切的形容方式,所以尽管我们知道了黑洞并不能彻底形容这个“黑点”,因为还有一个事件视界,所以真正的形容是一个黑球!

黑洞里的东西到底去哪了?

这可能是最让大家好奇的,但就现代黑洞理论来说,黑洞的物质有两个去处,如果加上不靠谱的推论,那么还有第三个去处!

黑洞物质永远都留在黑洞内

其实这反而是最容易理解的,黑洞诞生前是因为自身质量太大,将夸克都压垮了,因此物质才坍缩成了看不见的奇点,尽管我们无法用三维空间的尺寸来表示它的大小,但它却有一个上文说过的视界,这个视界表示黑洞内光速都无法逃逸的区域。

既然连光的逃不走,那么还有什么物质能逃出黑洞外呢?所以坍缩成黑洞的物质会永远都留在这个黑洞内。而且物质坍缩成黑洞后,所有之前天体的特征将只会保留质量、角动量和电荷,这就是黑洞著名的黑洞无毛定理。

黑洞蒸发和霍金辐射的形式慢慢逃逸

黑洞会的质量看起来永增不减,但事实上确有两种方式会散失质量,一个是微型黑洞的的热辐射,一个太阳质量大小的黑洞(正常情况下不会变成黑洞,但原初黑洞可能就存在),它的度只有有60nK,远低于微波背景辐射的2.7K,因此它是吸收能量的,但一个比月球质量小的黑洞,则会因为其温度高于2.7K,会逐渐辐射能量,一直到黑洞消失,这种叫做黑洞蒸发。

另一种则是则是霍金辐射理论,这个比较悬,它的大概意思是那些低于微波背景辐射温度的(会随着宇宙膨胀逐渐降得更低),所以热辐射会持续,但更大的黑洞在尚未高于背景辐射前,就已经开始散失质量,这是量子力学中的真空不空理论所致。

海森堡不确定性原理认为,当时间确定的一刹那,即使在真空中也会产生虚粒子对,瞬间湮灭以保持质能守恒,但在黑洞视界附近出现时候,在靠近视界的虚粒子被黑洞吞噬,从而使视界外的虚粒子转而实粒子逃逸,而视界内的虚粒子带有负质量,因此黑洞会因为霍金辐射效应而慢慢减少质量,但这个速度极慢,太阳质量大的黑洞需要10^58年来蒸发0.0000001%的质量。

在霍金辐射被提出之前,黑洞的特性会将会和熵增定律相违背,因为黑洞把有熵的物质给消灭了,但熵增定律告诉我们,熵只会增加,幸亏霍金辐射解决了这个问题,不过可惜的是到现在为止我们还没有观测到霍金辐射。

黑洞向它的出口白洞输送质量

广义相对论中并不反对有这样的通道存在,但白洞这种方式是在有些玄乎,迄今为止还仅仅是一个数学游戏。

这就是黑洞质量的几个去处,但有一点我们可以确认的是,进入黑洞的质量不会凭空消失的,而黑洞质量的变化也是根据质能守恒定律推导出来的结果,但到底是什么方式来证明,比如霍金辐射,也许还要一段时间,但就理论上来分析,并没有错!

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