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第10章

发表时间: 2025-06-05
不断产生和湮灭。

如果其中一个粒子落入黑洞,另一个粒子可能会逃逸到无限远,这就是霍金辐射。

霍金辐射导致黑洞损失质量,并且其温度与黑洞质量成反比,质量越小的黑洞,其温度越高,蒸发得越快。

对于宇宙中存在的黑洞,其蒸发时间远远超过宇宙的年龄,因此我们很难直接观测到霍金辐射。

然而,这一理论对解决黑洞信息悖论至关重要。

如果黑洞最终会蒸发,那么落入其中的信息最终去了哪里?

霍金辐射是否携带了这些信息?

这些问题至今仍是理论物理学界争论的焦点。

解决黑洞信息悖论的关键,可能在于对量子纠缠在黑洞背景下的理解。

量子纠缠是一种奇特的量子现象,两个或多个粒子无论相隔多远,它们的状态都相互关联。

有理论提出,霍金辐射的产生可能涉及到事件视界内外的量子纠缠。

如果黑洞内部的信息能够通过量子纠缠的某种形式,以霍金辐射的形式被带到视界之外,那么信息就不会真正丢失。

这引出了火墙悖论(Firewall Paradox),它挑战了经典广义相对论中事件视界光滑无奇点的假设。

如果事件视界是一个“火墙”,会立即摧毁任何跨越它的物体,那么就可能解决了信息悖论,但同时也与爱因斯坦的等效原理相矛盾。

这些看似矛盾的理论,恰恰推动着物理学家们深入思考宇宙最基本的构造。

黑洞的旋转(或称自旋)是其另一个重要属性。

当恒星坍缩形成黑洞时,如果它原先具有角动量,那么形成的黑洞也会旋转。

旋转黑洞拥有一个额外的区域,称为能层(Ergosphere)。

在这个区域内,时空被黑洞的旋转拖曳着,即使是光也无法保持静止。

理论上,从能层中可以提取能量,这被称为彭罗斯过程(Penrose Process)。

通过引力波的观测,科学家们已经能够测量合并黑洞的自旋。

这些数据不仅揭示了黑洞形成的线索,也为我们理解强引力场中的能量提取机制提供了宝贵信息。

旋转黑洞还可能产生更复杂的时空结构,如环形奇点,而非点状奇点,这为理论研究提供了新的方向。

黑洞研究也对宇宙学产生了深远影响