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霍金黑洞公式演算 霍金黑洞理論的計算公式

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導語:霍金黑洞公式演算是什麼樣子的?雖然很多數學公式在生活中很少被用到,但是在科學領域中有着非常重要的用處,可以説,沒有公式,就沒有真正的科學理論依據。如果我們要探索宇宙,當然是離不開公式的。其中,非常著名的霍金黑洞理論也是通過公式計算出來的。下面我們來看看霍金黑洞理論的計算公式。

霍金黑洞公式演算 霍金黑洞理論的計算公式

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霍金黑洞公式

黑洞是最經濟的也是消耗能量最少的天體,它的引力勢能我們認為完全由慣性能提供,有:一MC^2=U=M^2G/R,R為黑洞半徑。上述公式寫成方程式,兩邊同乘以G,並且用黑洞施瓦茲解表示G,獲得方程:

2M^2C^2G=UC^2R;

由於黑洞由中心到視界半徑是量子化的,R=Ct=Cn/u,n表示為黑洞內部的總量子態數目,u表示為總量子態的震動頻率,獲得方程:

2uMEG=UC^3n;

當一個震動頻率是2πKT時,n個量子態恰好表達了黑洞總勢能的態,這樣方程式寫成:

2uM2πKTG=UC^3,即:

2uM2πKG=SC^3;最後依據普朗克愛因斯坦關係,把u表示為黑洞質量M,則有方程:

2M^22πKG/hC=S。這個方程是黑洞質量與熵的通用公式,若把施瓦茲解黑洞半徑表示質量,則得到S=4πR^2/4KC^3/hG,也就是霍金黑洞熵公式。

總結公式:

黑洞温度公式:T=(hc^3)/(8πkGM)

黑洞熵公式:S=Akc^3/4hG

(A 黑洞事件視界面積;h 普朗克常量;k 波爾茲曼常數;G 牛頓引力常數;c 光速;S 熵;T 黑洞温度)

霍金黑洞理論的計算結論

霍金黑洞公式演算 霍金黑洞理論的計算公式 第2張

霍金黑洞理論

霍金的計算表明,黑洞的蒸發輻射具有黑體的所有特徵。它賦予了黑洞一個真實的,在整個視界上同一的,直接由視界處的引力場強度來決定的温度。

對史瓦西黑洞來説,温度與質量成反比。質量與太陽一樣的黑洞,其温度是微不足道的,開氏(即絕對零度以上)十的負七次方度。不是零,但小的可憐;黑洞並不是完全的黑,但一點也不亮。很遺憾,這樣低温的輻射實在太微弱了,是不可能在實驗室中探測出來的。

霍金的計算還有一個重要發現:黑洞的質量越小,温度越高,輻射也越強。顯然,蒸發只有對微型黑洞來説才有特別的影響,而微型黑洞的温度是很高的。在黑洞中,質量越大的黑洞,温度越低,蒸發的越慢;質量越小的黑洞,温度越高,蒸發的也越快。

對於微黑洞來説,温度非常之高,可達千萬開甚至上億開,隨着蒸發的加劇,質量丟失的很快,温度會迅猛地上升,隨着温度上升的加快,質量丟失的就更厲害,這中過程會以瘋狂的形式演變,最終黑洞被摧毀,以猛烈的爆發而告終,所有粒子都得到了大赦(對巨型黑洞來説發射粒子的過程十分緩慢,相當於蒸發;而對微黑洞來説,發射粒子的過程十分迅猛,相當於爆發)。

對於星系中心的巨型黑洞來説,其蒸發的過程將遠遠超出宇宙的年齡,假定宇宙有足夠長的壽命,並且不回縮,那麼這類黑洞最終也還是要蒸發掉。不過這類黑洞目前還是吸積遠大於蒸發,以吸積為主。只有當宇宙後來的温度降到比這類黑洞的温度還低時,它們才開始以蒸發為主。然而這個過程太慢長了,等到它們開始蒸發,也將遠遠超出宇宙的年齡,而它們要蒸發完畢,大約要十的九十九次方年!

關於霍金黑洞理論自我否定

霍金黑洞公式演算 霍金黑洞理論的計算公式 第3張

霍金黑洞理論

霍金的自我否定與其所持的樸素證偽主義科學觀密切相關。霍金在科學理論的認識上有自己獨特的見解。他認為,科學理論僅僅是一些模型或規則,而這些模型和規則“只存在於我們的頭腦中,不再具有任何其他的實在性”。他還認為,簡單性和解釋力是一個“好的科學理論”必須滿足的兩個條件,但科學理論是不能證實的,在理論只是假設的意義上來説,“任何物理理論總是臨時性的”。悖論是理論創新的突破口。霍金提出“黑洞悖論”,當時確實為科學界探索黑洞開創了全新的研究方向,但他的理論也存在一些與其他物理學理論相互矛盾的地方。其實,這次新發現將進一步完善霍金有關黑洞研究的理論體系。

霍金的自我否定,是他堅持實事求是的科學精神和敢於追求真理的理論勇氣的生動體現。在他的身上,有科學家求真、求新的人格魅力。在攀登科學高峯的征途中,科學家總是在已知與未知的邊緣上提出問題和解決問題。因而,科學家在研究中犯這樣或那樣的錯誤總是難免的。重要的是,科學家一定要保持對科學真理的執着追求和勇於探索的堅定信念。

霍金的自我否定,並非是心血來潮,也不是突然想改變他自己原先的理論。因為越來越多的理論證據迫使他不得不作出自我否定。據普雷斯基爾介紹,根據弦理論家的一些研究成果,普雷斯基爾等人已經建立了一個強有力的以顯示黑洞真的能保藏信息的理論模式。霍金一直以極大的興趣跟蹤着弦理論家的工作,但霍金的學術論文還沒有發表,一切都難有定論。他的新理論是否正確還要經過多方的驗證。

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