黑洞是很烫的吗?
这取决于你只是远远的看着它,还是自己正掉进去。
极冷之洞
初中物理老师教过我们,温度是通过热传导、热对流和热辐射来传播的。当我们研究真空中的天体时,主要考虑的就是热辐射。那黑洞有没有热辐射呢?
在广义相对论的经典理论中,一个稳定的黑洞可以用三个特性来描述:质量、电荷和旋转。这里没有提到温度,所以在广义相对论中讨论热辐射这个概念时,我们通常会认为事件视界内的所有电磁波(当然也包括红外线)都无法逃离黑洞强大的引力,所以事件视界内是不会向外发射电磁波的,也就不存在有热辐射了,所以黑洞是绝对零度,或者说根本没有温度。
但是在1974年,霍金认为广义相对论不足以描述黑洞,我们需要引入量子力学。
想象一下,由于量子涨落现象,恰好在事件视界边缘随机出现一对纠缠着的粒子-反粒子对。正常情况下,粒子-反粒子对会湮灭掉。但现在一个粒子位于事件视界内困在黑洞引力场中出不来了,而另一个粒子位于事件视界以外,就能以辐射的形式发射出来,看上去像是黑洞辐射出来的能量。这也就是我们现在常听到的“霍金辐射”。
按照霍金的理论,根据公式
黑洞的霍金辐射温度与其质量呈反比,假如存在一个太阳质量的黑洞,那么它的温度约为0.000000062K,而银河系中央400万倍太阳质量的黑洞的温度只有0.000000000000015K。虽然非常接近于0K,但仍然不是零。
更有趣的是,如果给一个黑洞提供质量或者让它吸收更多的辐射,它将会变得更冷,向里面添加越多东西它越冷!这也是为什么理论上微型黑洞比更大的黑洞“死”得更快,因为它们具有更大的辐射,因此消散得更快。
极热之地
至于黑洞内部是什么样的,我们一无所知。
但是我们对黑洞事件视界之外倒是了解得越来越多。最近几年天文学家们拍摄了几乎无数张的照片,让我们更好的了解了黑洞及其吸积盘等的情况。
假设,我说假设,你在黑洞较近的地方向着黑洞自由落体,且假设非旋转的黑洞足够大,以至于你没有被黑洞拉成面条。这时你可能不太会有什么不寻常的感觉,和刚离开母舰暴露在寒冷的太空中没什么区别。但如果同你一起落入的物质很多,或者黑洞有着壮观的吸积盘,那么这些你在落入黑洞前,可能会先卷入黑洞周围由氢元素构成的吸积流中。如果按照苏尼亚耶夫的标准薄盘模型,吸积气体温度大约在之间,如果按照ADAF模型[1](包括LHAF模型),温度将在
之间[2](相比之下,太阳表面温度只有不到6000K,真的是过于凉爽了)。在强大的引力作用下,光是因湍流而增强的粘滞力就能把你加热到辐射X射线/变成等离子体。
真的是冰火两重天。
综上,答案是:黑洞本身是不烫的。