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標題: 萬物終將消失? [打印本頁]

作者: super3g    時間: 2025-2-9 05:07 PM     標題: 萬物終將消失?

萬物終將消失?黑洞最終會蒸發,同樣的機制也會發生於所有事物嗎?

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]恆星、行星、人類以及矮牽牛,所有物體都會發出特定的輻射,如果存在的時間夠長,最終都會完全蒸發化為虛無。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]過去認為這個物理現象只會發生在黑洞附近。然而,在黑洞這種極端環境下,宇宙中最大與最小尺度的現象會互相影響。要描述尺度差異這麼大的現象,科學家必須同時考慮愛因斯坦的相對論(適用於較大事物的規則)以及量子力學(適用於微小事物的規則),這就導致了某些怪異的結果。但是如果新的理論計算沒有問題,這樣的蒸發效應可能很普遍而不僅在黑洞附近。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]在1970年代,已故英國物理學家霍金(Stephen Hawking)想知道黑洞事件視界(event horizon)附近的物理現象。在事件視界內的所有事物無可避免都會墜入黑洞,在事件視界外則仍有機會逃脫。那麼恰好在事件視界上承受極大重力的粒子會發生什麼事?

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]霍金想知道,在事件視界附近自發產生的粒子對(一個粒子與一個反粒子),會發生什麼事?這些成對的粒子會從真「空」的量子漲落中產生,根據量子力學,它們會在任何地方不斷出現。一旦粒子遇到其反粒子,就會在不到一秒內互相湮滅,相較宇宙的宏觀尺度,根本不會發現它們曾經存在。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]霍金證明了如果粒子對的其中一個粒子出現在事件視界內,毫無疑問將會墜入黑洞,而在事件視界外的另一個粒子將以高速飛離事件視界。由於能量、動量守恆的基本物理原理對黑洞也依然適用,墜入的粒子必然屬於負能量(因而質量為負),飛出的粒子則是正能量。以此方式從黑洞輻射出的能量就是所謂的霍金輻射(Hawking radiation)。逃逸的粒子帶走了黑洞蘊涵的能量,使得黑洞的能量在經過一段時間後,會隨著霍金輻射逐漸消耗殆盡,黑洞因而蒸發。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]約莫六年前,荷蘭拉德邦大學天文學家佛克(Heino Falcke)開始深入思考這些過程中所涉及的物理學,以及事件視界是否屬於物理機制的必要條件。換句話說,同樣的蒸發機制是否也會發生在其他物體?他回憶道:「我問了一些專家,得到截然不同的答案。」

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]佛克求助於量子物理學家旺德拉克(Michael Wondrak)與數學家范沙勒柯姆(Walter van Suijlekom)兩位同事,他們重新檢視這個問題,並且決定另闢蹊徑,以施溫格效應(Schwinger effect)來探討。此效應描述,當帶電粒子與反粒子對從具有電磁場的真空出現時,是如何遭撕裂。他們認為,這個過程類似於承受事件視界強大重力場的粒子對。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]他們的計算指出,不只是超大質量的黑洞,任何具有質量的物體都會影響真空的粒子對。科羅拉多大學波爾德分校專研理論天文物理的博士生麥可馬肯(Tyler McMaken)表示,以波動型式解釋,可以把這些粒子視為在空間中可能出現的機率雲。沒有外力(電磁力或重力等作用力)的情況下,粒子雲與反粒子雲因彼此重疊,所以會互相湮滅。但若施加在其中一個粒子的作用力超過另一者,兩朵機率雲將會些微偏移,既不重疊、也不會互相湮滅,因而發出輻射,就像從事件視界拋出的粒子那樣。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]該團隊的計算結果發表於今年6月的《物理評論通訊》,認為任何具有重力場的物體(基本上也幾乎就是宇宙中所有物體)都會發出類似霍金輻射的能量,最終蒸發殆盡。該方程式顯示,這樣的過程需耗時數兆兆年,因此在這個效應發揮影響之前,你和你的個人物品早已不存在了。但是對於像是白矮星和中子星這類質量極大且壽命尺度很長的恆星其遺骸來說,此現象如果真的存在,將使它們的壽命縮短。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]未參與該研究的麥可馬肯非常看好這項研究的前景,他評論:「這表示一定存在某些效應,使得僅需重力就足以把粒子從真空中撕扯開來。」他與同事曾考慮進行類似計算,因此很高興見到這些科學家深入問題,確認在這些情況下會發生什麼事。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]但其他研究人員有不同觀點。德國慕尼黑數學哲學中心的理論物理學家赫森費德(Sabine Hossenfelder)表示:「我抱持更多懷疑的反而是,這看法認為過去關於大質量物體周遭的研究計算都是錯誤的。」她推測,更仔細的分析將會顯示,面臨黑洞之外的大質量物體,粒子並不會真正發出幅射。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]目前測量技術的靈敏度尚不足以檢測這樣細微的黑洞蒸發效應,因而無法證明此理論是否正確。佛克等人建議,更進一步的實驗可聚焦在目前仍處於理論階段的施溫格效應,來爲他們的觀點背書。









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