1970 년대에 물리학 자 Stephen Hawking은 분명히 간단한 질문에 대답하려고했습니다. 블랙홀에는 온도가 있습니까? 그의 분석은 이제 그의 이름을 가진 개념으로 이어졌다 :호킹 방사선. 호킹은 블랙홀이 에너지를 발산한다는 것을 보여 주었을뿐만 아니라, 그들은 엄청나게 천천히 줄어들고 결국 감마선의 섬광에서 폭발한다는 것을 보여 주었다.
.호킹 방사선이란 무엇입니까?
호킹 방사선에 대한 아이디어는 빈 공간이 실제로 비어 있지 않다는 사실에 근거합니다. 이것은 아마도 이해하기 어려운 개념 일 것입니다. 빈 공간에는 질량, 입자 또는 에너지가 포함되어 있지 않지만,이를 정의하는 양자 장은 여전히 공간의 진공 청소기에 존재합니다.
일반적인 설명은 이러한 필드가 에너지가 0을 가질 필요가 없기 때문에 "가상 입자 '쌍, 일반적으로 서로를 빠르게 멸종시키는 입자-항자관 쌍을 만들 수 있다는 것입니다. 그러나 블랙홀 근처에서 설명이 진행되면, 그 입자 중 하나가 블랙홀 내부에서 사라지고 영원히 손실 될 수 있으며, 다른 하나는 호킹 방사선으로 탈출합니다.
.블랙홀에 대한 자세한 내용 :
- 블랙홀이란 무엇이며 어떻게 우리가 그들을 발견 했습니까?
- 우리가 강력한 망원경을 만들었다면, 우리는 이론적으로 빅뱅에서 빛을 볼 수 있을까?
- 일상 생활에서 볼 수있는 양자 효과가 있습니까?
- 생명은 블랙홀 주위에 존재할 수 있습니까?
이 설명은 일반적으로 사용되지만 완전히 완전한 것은 아닙니다. 호킹 방사선은 실제로 일반 상대성으로 설명 된 바와 같이, 중력이 시공간에 어떤 영향을 미치는지의 결과입니다.
빈 공간의 양자 필드는 Heisenberg의 불확실성 원리에 순종합니다. 즉, 우리가 그들의 에너지를 알 수있는 확실성 또는 특정 에너지를 할당 할 수있는 시간에 한계가 있습니다. 중력장은 시공간 구부러지고 국소 시간의 통과에 영향을 미치기 때문에, 이는 다른 중력 곡률을 가진 시공간의 영역이 양자 필드의 에너지에 동의 할 수 없음을 의미합니다. 블랙홀의 중력장의 다른 위치에서의 진공 에너지의 차이는 소위 '가상 입자'를 생성합니다.
우리는 호킹 방사선을 감지 할 수 있습니까?
호킹은 블랙홀에 온도가 있는지에 대한 원래의 질문에 대답했습니다. 그렇게하지만 그 온도는 매우 작습니다. 또한 Hawking은 블랙홀에 의해 방출되는 에너지의 양이 질량에 반비례한다는 것을 보여주었습니다. 이상하게도 블랙홀 질량이 높을수록 에너지 방출과 온도가 작습니다.
하나의 태양 질량 (하나의 태양 질량은 우리 태양의 질량과 같음)의 블랙홀은 약 10-8k의 온도를 가질 수 있지만 백만 태양 질량 블랙홀은 약 10-14k입니다. 이 온도는 '절대 제로'보다 약간 높습니다. 우주 전자 레인지 배경 (CMB)의 온도 - 빅뱅의 유물 방사선은 모든 공간에 퍼져 있습니다.
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또한 우주는 약 2.5 태양열보다 작은 블랙홀을 일상적으로 생산할 수 없으므로 실제로 작기 때문에 핫 블랙홀을 찾는 것은 선택 사항이 아닙니다. 그러므로 호킹 방사선을 감지하는 것은 사실상 불가능할 것입니다.
그래도 한 가지 가능성이 있습니다. 일부 천문학 자들은 '원시 블랙홀'의 존재를 가설을 세웁니다. 이것들은 초기 우주의 밀도 변동으로 인해 형성되었을 수 있으며 여전히 천문학자를 피하는 신비한 암흑 물질을 설명 할 수 있습니다. 결정적으로, 원시 블랙홀은 크기에 의해 제한되지 않으므로 저 질량 블랙홀이 존재할 가능성이 있습니다. 이것들은 충분한 호킹 방사선이 감지 될 수 있으며, 그들의 수명이 더 큰 블랙홀에 비해 짧기 때문에 죽어가는 순간에 감마선의 섬광에서 자신을 드러낼 수 있습니다.
.블랙홀은 영원히 살고 있습니까?
호킹의 작품의 결론 중 하나는 블랙홀이 영원히 살지 않는다는 것입니다. 그들은 결국 매우 느리고 평범한 방식으로 증발합니다. 호킹 방사선의 방출은 점차 블랙홀의 질량을 감소시킵니다. 따라서 새로운 재료를 적극적으로 빨지 않는 블랙홀은 천천히 줄어들고 궁극적으로 사라집니다.
이 증발의 시간은 엄청납니다. 예를 들어, 하나의 태양 질량의 블랙홀은 완전히 증발하는 데 1064 년이 걸리는 반면, 우주의 나이는 1010 년에 불과합니다.
블랙홀 정보 역설은 무엇입니까?
호킹 방사선으로 인한 블랙홀에서의 질량 증발은 '정보 역설'으로 알려진 문제가 발생합니다. 양자 역학의 핵심 원칙 중 하나는 '정보'는 파괴 될 수 없다고 명시하고 있습니다. 이것은 예를 들어, 입자 시스템에 대한 완전한 정보가 있다면 미래와 그 시스템의 과거 상태를 예측할 수 있음을 의미합니다.
블랙홀의 이벤트 지평을 가로 지르는 입자가 보유한 정보는 절대 돌아올 수 없기 때문에 영원히 '잃어버린'것입니다. 블랙홀 내에서 정보가 그대로 유지되면 문제가되지 않습니다. 문제는 블랙홀이 호킹 방사선을 통해 질량을 잃지 만 그 정보를 우주의 접근 가능한 부분으로 반환하지는 않는다는 것입니다.
결국, 블랙홀은 완전히 사라지고 양자 역학의 규칙을 위반하여 삼키는 정보가 삼킨 정보입니다. 이 역설에 대한 해결책을 찾는 것은 흥미로운 새로운 물리학으로 이어졌지만 궁극적으로는 실망스럽게도 물리학의 미해결 문제 중 하나로 남아있는 '양자 중력'에 대한 완전한 이론이 필요할 수 있습니다.
.저자에 대한 - Alastair Gunn
Alastair는 맨체스터 대학교 Jodrell Bank Observatory의 천체 물리학 자이자 과학 작가이자 Royal Astronomical Society의 Astronomy &Geophysics 의 편집자입니다. 잡지.
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- 이 기사는 BBC Science Focus Magazine의 373 호에 처음 등장했습니다. - 여기에서 구독하는 방법을 알아보십시오
