黑洞表面温度是多少?根据这样的原理,可以推导出黑洞的温度为:从上式可以看到,黑洞的温度只与质量有关,具体而言,两者成反比例。对于质量最小的恒星级黑洞,其温度仅为一亿分之二开氏度,也就是比绝对零度高了5000万分之一度,这是黑洞的最高温度。宇宙的平均温度比绝对零度高出大约3度,所以即便是最小最热的黑洞,其温度也是远远低于宇宙的平均温度。黑洞温度很低,T=hc^3/8πkGM在此式中符号表示光速,是普朗克常数,是牛顿引力常数,而是玻尔兹曼常数。这个公式告诉我们,几个太阳质量的一个黑洞,其温度大约只比绝对零度高一百万分之一度。
黑洞温度公式:T=(hc^3)/(8πkGM)
其中
T为黑洞热力学温度
h为普朗克常数,值为6.626×10^-34焦·秒
c为光速,值为299792458m/s
k为玻尔兹曼常数,值为1.3806505(24) × 10^−23 J/K
G为牛顿引力常数,值为6.672 × 10^-11N
M为黑洞质量,单位kg
从公式中我们可以得知,黑洞表面温度和其质量成反比,你可以自己计算一下太阳如果变成黑洞,表面温度会有多高?只比绝对零度高千万分之一左右。
黑洞边缘会不断产生粒子-反粒子对和正/负粒子对。当负能量粒子被吸入黑洞,正能量粒子就能获得能量逃逸,而黑洞就会从它的引力场中丧失同样数量的能量,而爱因斯坦的公式E=mc^2表明,能量的损失会导致质量的损失)。
黑洞由于不断释放量子辐射而具有一定的温度。但质量越大的黑洞温度越低,一般只有万分之一K,以至于比目前的宇宙3K微波背景辐射还要低得多。所以黑洞仍然不断接受能量而增大。等到宇宙膨胀到一定成度而使温度低于这个极限,黑洞便辐射大与吸收。它就会质量越来越小,质量越小温度越高,温度越高质量损失越快,最终小到临界质量以下,就会爆发,从此消失掉。
黑洞温度公式:T
=(hc^3)/(8πkGM),从公式中我们可以得知,黑洞温度与质量成反比。
黑洞可谓是宇宙中最为奇特、最为神秘的天体之一。爱因斯坦的广义相对论最早预言了这种天体的存在,后来天文学家观测到了一系列黑洞存在的间接证据,并在2019年首次捕捉到了黑洞的“真容”。
黑洞的特殊之处在于它们会把光吞噬掉,而且本身也不会发光,这使得它们在电磁波上是完全黑暗的,我们其实是看不到黑洞的。之所以天文学家能够拍摄到黑洞的照片,是因为有些大型黑洞周围存在发光的吸积盘,由此可以衬托出黑洞的轮廓。
在宇宙中,几乎所有的天体都会发光,或者反光。无论是恒星、行星、彗星,还是诸如白矮星、中子星这样的死亡恒星,它们都是有温度的,而且温度越高,天体也会显得越亮。已知最热的恒星(WR 102)表面温度达到了21万度,而中子星刚形成时的表面温度更是高达100万度。
既然黑洞是完全黑的,那么,黑洞有温度吗?黑洞的温度是绝对零度,还是多少度呢?
关于这个问题,首先要弄清楚黑洞究竟是怎样的一种天体。根据广义相对论,黑洞是没有实体表面的,黑洞本身的所有质量都在中心的奇点,这个奇点会极度扭曲周围的空间。在这种弯曲空间中,光也会被束缚住,这是导致黑洞不发光的原因。
另一方面,温度是微观粒子热运动剧烈程度的度量,代表的是粒子的平均动能。也就是说,只有当物体由微观粒子构成时,温度才有意义。对于没有任何粒子的绝对真空,就没有温度的概念。
黑洞没有实体,只是由无穷小的奇点和空荡荡的弯曲空间组成,从这个角度来看,黑洞也是没有温度的概念。但有人可能会说,黑洞会摧毁靠近它们的物质,把它们撕碎成原子,最后把它们吸入到奇点之中。由此可见,黑洞内部存在大量粒子,所以那里确实是有温度的,但这个温度并不是黑洞本身的。
霍金等一些物理学家已经在理论上证明,黑洞只有质量、角动量和电荷这三种简单的性质,其他物理属性都在黑洞形成过程中丧失掉,这就是著名的“黑洞无毛定理”,由广义相对论大师惠勒最早提出猜想。
不过,从黑洞的一种特殊性质来看,黑洞从某种意义上来说又是有温度的。
根据霍金辐射,如果量子真空涨落随机出现在黑洞的边缘,由此产生一对虚粒子,负能粒子掉进黑洞中,正能粒子则会脱离黑洞。正常而言,正负能粒子会发生湮灭。但如果黑洞吸收了负能粒子,就会导致它自身的质量被正能粒子带走,所以黑洞的质量会随着霍金辐射而变得越来越低。
由于霍金辐射的存在,黑洞是有热辐射的。根据这样的原理,可以推导出黑洞的温度为:
从上式可以看到,黑洞的温度只与质量有关,具体而言,两者成反比例。黑洞的质量越大,温度越低。对于质量最小的恒星级黑洞(3倍太阳质量,这是目前已知宇宙中所会存在的最小黑洞),其温度仅为一亿分之二开氏度(20 nK),也就是比绝对零度高了5000万分之一度,这是黑洞的最高温度。而对于质量达到太阳430万倍的银河系中心超大质量黑洞,其温度更是低至100万亿分之一开氏度。
宇宙的平均温度比绝对零度高出大约3度,所以即便是最小最热的黑洞,其温度也是远远低于宇宙的平均温度。因此,黑洞的热辐射极小,它们完全会被淹没在宇宙微波背景辐射之中。
黑洞温度很低,T=hc^3/8πkGM
在此式中符号(C)表示光速,(h)是普朗克常数,(G)是牛顿引力常数,而(k)是玻尔兹曼常数。
最后,(M)表示黑洞的质量,这样黑洞越小,其温度越高。这个公式告诉我们,几个太阳质量的一个黑洞,其温度大约只比绝对零度高一百万分之一度。
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