霍金黑洞公式演算 霍金黑洞理论的计算公式
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导语:霍金黑洞公式演算是什么样子的?虽然很多数学公式在生活中很少被用到,但是在科学领域中有着非常重要的用处,可以说,没有公式,就没有真正的科学理论依据。如果我们要探索宇宙,当然是离不开公式的。其中,非常著名的霍金黑洞理论也是通过公式计算出来的。下面我们来看看霍金黑洞理论的计算公式。
霍金黑洞公式演算 霍金黑洞理论的计算公式
霍金黑洞公式
黑洞是最经济的也是消耗能量最少的天体,它的引力势能我们认为完全由惯性能提供,有:一MC^2=U=M^2G/R,R为黑洞半径。上述公式写成方程式,两边同乘以G,并且用黑洞施瓦兹解表示G,获得方程:
2M^2C^2G=UC^2R;
由于黑洞由中心到视界半径是量子化的,R=Ct=Cn/u,n表示为黑洞内部的总量子态数目,u表示为总量子态的震动频率,获得方程:
2uMEG=UC^3n;
当一个震动频率是2πKT时,n个量子态恰好表达了黑洞总势能的态,这样方程式写成:
2uM2πKTG=UC^3,即:
2uM2πKG=SC^3;最后依据普朗克爱因斯坦关系,把u表示为黑洞质量M,则有方程:
2M^22πKG/hC=S。这个方程是黑洞质量与熵的通用公式,若把施瓦兹解黑洞半径表示质量,则得到S=4πR^2/4KC^3/hG,也就是霍金黑洞熵公式。
总结公式:
黑洞温度公式:T=(hc^3)/(8πkGM)
黑洞熵公式:S=Akc^3/4hG
(A 黑洞事件视界面积;h 普朗克常量;k 波尔兹曼常数;G 牛顿引力常数;c 光速;S 熵;T 黑洞温度)
霍金黑洞理论的计算结论
霍金黑洞理论
霍金的计算表明,黑洞的蒸发辐射具有黑体的所有特征。它赋予了黑洞一个真实的,在整个视界上同一的,直接由视界处的引力场强度来决定的温度。
对史瓦西黑洞来说,温度与质量成反比。质量与太阳一样的黑洞,其温度是微不足道的,开氏(即绝对零度以上)十的负七次方度。不是零,但小的可怜;黑洞并不是完全的黑,但一点也不亮。很遗憾,这样低温的辐射实在太微弱了,是不可能在实验室中探测出来的。
霍金的计算还有一个重要发现:黑洞的质量越小,温度越高,辐射也越强。显然,蒸发只有对微型黑洞来说才有特别的影响,而微型黑洞的温度是很高的。在黑洞中,质量越大的黑洞,温度越低,蒸发的越慢;质量越小的黑洞,温度越高,蒸发的也越快。
对于微黑洞来说,温度非常之高,可达千万开甚至上亿开,随着蒸发的加剧,质量丢失的很快,温度会迅猛地上升,随着温度上升的加快,质量丢失的就更厉害,这中过程会以疯狂的形式演变,最终黑洞被摧毁,以猛烈的爆发而告终,所有粒子都得到了大赦(对巨型黑洞来说发射粒子的过程十分缓慢,相当于蒸发;而对微黑洞来说,发射粒子的过程十分迅猛,相当于爆发)。
对于星系中心的巨型黑洞来说,其蒸发的过程将远远超出宇宙的年龄,假定宇宙有足够长的寿命,并且不回缩,那么这类黑洞最终也还是要蒸发掉。不过这类黑洞目前还是吸积远大于蒸发,以吸积为主。只有当宇宙后来的温度降到比这类黑洞的温度还低时,它们才开始以蒸发为主。然而这个过程太慢长了,等到它们开始蒸发,也将远远超出宇宙的年龄,而它们要蒸发完毕,大约要十的九十九次方年!
关于霍金黑洞理论自我否定
霍金黑洞理论
霍金的自我否定与其所持的朴素证伪主义科学观密切相关。霍金在科学理论的认识上有自己独特的见解。他认为,科学理论仅仅是一些模型或规则,而这些模型和规则“只存在于我们的头脑中,不再具有任何其他的实在性”。他还认为,简单性和解释力是一个“好的科学理论”必须满足的两个条件,但科学理论是不能证实的,在理论只是假设的意义上来说,“任何物理理论总是临时性的”。悖论是理论创新的突破口。霍金提出“黑洞悖论”,当时确实为科学界探索黑洞开创了全新的研究方向,但他的理论也存在一些与其他物理学理论相互矛盾的地方。其实,这次新发现将进一步完善霍金有关黑洞研究的理论体系。
霍金的自我否定,是他坚持实事求是的科学精神和敢于追求真理的理论勇气的生动体现。在他的身上,有科学家求真、求新的人格魅力。在攀登科学高峰的征途中,科学家总是在已知与未知的边缘上提出问题和解决问题。因而,科学家在研究中犯这样或那样的错误总是难免的。重要的是,科学家一定要保持对科学真理的执着追求和勇于探索的坚定信念。
霍金的自我否定,并非是心血来潮,也不是突然想改变他自己原先的理论。因为越来越多的理论证据迫使他不得不作出自我否定。据普雷斯基尔介绍,根据弦理论家的一些研究成果,普雷斯基尔等人已经建立了一个强有力的以显示黑洞真的能保藏信息的理论模式。霍金一直以极大的兴趣跟踪着弦理论家的工作,但霍金的学术论文还没有发表,一切都难有定论。他的新理论是否正确还要经过多方的验证。
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