所有的黑洞,不管质量大小,最后都是一个结局:经过霍金辐射,慢慢的蒸发消失掉。
黑洞有两种:一、原初黑洞又称太初黑洞,是猜测的一种黑洞。在宇宙初期,大爆炸暴涨时形成一些原初黑洞,这些黑洞质量小,温度高。
一个质量为100吨的原初黑洞,温度可以高达10^18K,但是这样的黑洞寿命只有03秒钟,几乎是瞬间消失。
而质量为10亿吨的原初黑洞,这种黑洞的温度有10^11K,大小只有质子那么大,但是寿命却有百亿年。在蒸发的最后阶段,会释放出相当于100万颗百万吨级氢弹的能量,并且伴有强烈的伽马射线。目前人类并没有观测到原初黑洞的爆炸。
二、恒星坍缩宇宙中常见的极端天体,在18世纪已经有了黑洞的概念。拉普拉斯说:一个具有与地球同样密度,而直径为太阳250倍的明亮天体,它发射的光将被自身引力吸引不能被我们看到。并且给出了黑洞的史瓦西半径公式:r=2GM/c^2。
史瓦西在爱因斯坦发表了广义相对论之后,很快得出了史瓦西解。即黑洞时空中间是一个奇点,密度无限大。但人们无法理解密度无限大是什么样的。
人们开始计算物质的密度的极限,最早认为密度最大时是电子简并态。
后来钱德拉塞卡提出,如果外部压力再大,电子简并态就再也保持不住,电子会被压进原子核里,和质子生成中子。并且计算出了这个极限为14倍太阳质量左右。
再后来奥本海默通过计算,中子星也会存在质量上限,为22倍太阳质量的静态中子星,或者29倍太阳质量的旋转中子星。质量再大的话,中子简并态也保持不了,就会坍缩为一个密度无限大的奇点,这就是黑洞。
霍金辐射在经典的黑洞模型中,黑洞是只进不出,那怎么会存在辐射呢?
真空不空,在量子力学中,真空存在量子涨落,不停地有虚粒子对出现,虚粒子对由虚粒子和虚反粒子组成,他们会碰撞瞬间湮灭。如果不能瞬间湮灭,那么虚粒子就可能通过量子隧穿效应变成实粒子。
这种情况如果发生在黑洞里,那么就有可能虚反粒子掉进黑洞,造成黑洞质量减小。
霍金通过计算,虚反粒子掉进黑洞变成实反粒子,虚粒子逃离黑洞变成实粒子的概率最高。
霍金得出结论,虚反粒子掉进黑洞里,黑洞质量就会减少,表面积也就减少,最后可能完全蒸发掉。
从物质的内部结构去考虑,有的固体内部微观粒子呈周期性、对称性的规则排列,称为结晶态。而玻璃、沥青等常温下虽然也有固定的形状和体积,不能流动,但其内部结构则更像液体,为玻璃态(非晶体)。还有一些有机物质,能够流动,又具有某些晶体的光学特性,是介于液态和结晶态之间的状态,称为液晶态,很多物质在极低的温度下,会出现电阻消失的现象,称为超导态;在极低的温度下,某些液体的粘滞性会完全消失,叫做超流态。在巨大的压力下,平时是气体的氢,可以转变为具有金属特性的固态,称为金属氢态。天文学家发现,在宇宙中存在着比超固态密度更大的物质状态,例如组成中子星的中子态,还有密度更高的超子态、反常中子态、黑洞等等。
有时同一种物质在某种温度和压力下,有几种不同的物态同时存在,例如水处于密闭的容器中,下部是水而上部是水蒸气,就是液态与气态共存的情形。其他还有固气两态共存、固液两态共存或固、液、气三态共存的情形。有时物态也称为相,常见的物质三态也称为固相、液相、气相。进一步的研究发现,某些物质处于同一种物态,而其不同部分的物理性质均匀但可以互不相同,而且各部分之间有一定的分界面隔开。这种物质中物理性质均匀和其他部分之间有一定分界面隔开的部分称为物质的一个相。例如12C(碳)处于固态时,可以有金刚石、石墨、C60三种不同的相,它们的结构不同,物理性质也不同;液态氦有两种不同的相He1、HeП,He1具有普通粘滞液体的性质,而HeП具有超流性;固态冰在高压下可以有7种相。
固态具有一定的体积和形状的物体,从微观上讲,是指组成物质的微观粒子按一定规则周期性、对称性地排列,因此,我们讲的固态是结晶态。组成结晶态的物质微粒都有较强的相互作用力(这种相互作用力称为“键”,常见的有离子键、共价键、金属键等),这些微粒在各自的平衡位置附近做无规则的振动,一般不能离开自己的平衡位置,因此固体有一定的体积,也有一定的形状,并且熔化和凝固都有确定的温度,即有确定的熔点。此外,对于单晶体,它还具有规则的几何形状和物理性质各向异性的特点。
液态组成物质的微粒(以下简称为分子)相互间也有较强的作用力,分子的排列情况更接近于固体,只是它们的有规则排列局限于很小的区域内(约在10-7m的范围内),而众多的这些小区域之间则是完全无序地聚合在一起。组成液体的分子的运动主要也是在某一平衡位置附近做无规则振动,但振动一小段时间就会挣脱周围分子的束缚而转移到另一个新的平衡位置附近,因此液体具有流动性。液体分子在同一位置附近做振动的时间长短并不相同,但每一种液体,在一定的温度和压力下,分子在同一位置附近振动的持续时间的平均值是确定的,称为“定居时间”。例如液态金属的分子定居时间的数量级为10-10S,水的分子定居时间数量级为10-11S。同一种液体,温度越高,分子定居时间越短,而分子定居时间越短,则表示液体的流动性越好。
气态没有一定的形状和体积,总是充满整个容器,易压缩。从微观上讲,气体分子间距很大,它们的相互作用力很小,除了在相互发生碰撞或与器壁发生碰撞以外,气体分子的运动近似地可以看做是匀速直线运动,直到与其他分子或器壁发生碰撞为止,因此气体总是充满整个容器。两种不同的气体混合后,总是均匀地混合在一起,不会像两种不相溶的液体那样会出现明显的分界面。
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