根据霍金等人证明的 “黑洞无毛”定理,宇宙中所有的黑洞有且只有三个基本量:质量、角动量和电荷;除此之外没有任何信息了。后来霍金又提出了“黑洞蒸发”理论,也就是我们说的“霍金辐射”,这个理论简单来说,就是黑洞可以通过这种热辐射的方式把自己蒸发掉。
那么,问题就来了:黑洞不是只有质量、角动量和这电荷三个基本量吗,那它热辐射的温度是哪里来的呢?虽然霍金辐射非常非常慢,也就是散发的温度非常非常低,甚至比宇宙微波背景辐射还要低,所以说目前无法观测到。但是黑洞散发的辐射终究是有温度的,那这个黑洞的温度是怎么来的呢?下面就给大家解释一下。
首先,其实我们所说的这个温度是要打引号的。因为日常生活中宏观世界的“温度”,它是一个次级衍生概念,它的本质其实是微观世界分子的运动;一堆分子运动的越激烈,物体的温度就越高。那么黑洞的温度就可以解释为某种更加基础的物体的运动了,相当于是黑洞的“分子”,那这个黑洞的“分子”究竟是什么呢?弦理论认为,它就是黑洞视界面所在的膜上的开弦。
于是黑洞的温度就可以解释为开弦的震动,注意这里只用开弦进行解释的最大特点是,它不用包含引力,因为引力是闭弦。但是黑洞的产生就是因为引力,怎么这里不用引力怎么解释呢?结果是,通过弦理论计算的黑洞温度,和霍金通过引力理论计算出来的一模一样!这也是弦理论和现有理论相互验证的一个例子。
传统引力理论和弦理论,一个包含引力,一个不包含引力,但是都得到了相同的答案!为什么会这样呢?后来随着 “马尔达西纳对偶”的发现,科学家认为9维空间的超弦理论,其实与3维空间的量子理论是等同的!该对偶的发现,同时也代表着人类在理解弦理论和量子引力理论方面取得了重大的进步!
回到黑洞的温度,它可以理解为 “熵”,也就是黑洞熵的概念。它是描述包含黑洞那三个基本量在内的一种内部状态量。关于黑洞熵,目前认为它和黑洞的视界面的表面积成正比。可以说黑洞的所有信息都在其视界面上;所以理论上来说,只要观察黑洞的表面,就可以了解它的内部。黑洞的视界面,就如同电影的荧幕一样,反映了黑洞内部的一切,这就是引力的全息理论。
就像温度这个次级概念一样,其实我们说的空间理论上也是一种次级概念。它可能只是某种东西表现出来的呈展现象;但是这个东西是什么,目前还不得而知。其实放眼整个宇宙,对人类来说有太多的未解之谜,可能我们永远也无法一一查明真相。但是好奇心这颗种子一定不能少,只有他它才能促使我们向未知领域不断迈进。
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