(dottedhippo/istock/Getty Images) Hawking-Strahlung beschreibt hypothetische Teilchen, die von a gebildet werden schwarzes Loch 's Grenze. Diese Strahlung impliziert Schwarze Löcher haben Temperaturen, die umgekehrt proportional zu ihrer Masse sind.
Anders ausgedrückt: Je kleiner ein Schwarzes Loch ist, desto heißer sollte es leuchten.
Obwohl es so ist wurde nie direkt beobachtet , Hawking-Strahlung ist eine Vorhersage, die von unterstützt wird kombinierte Modelle der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik . Es ist nach dem bedeutenden Physiker benannt Stephen Hawking , der 1974 a Papier betitelt Explosionen von Schwarzen Löchern? argumentieren für ihre Existenz.
Sollte sich die Hawking-Strahlung als tatsächlich erweisen, würde dies bedeuten, dass Schwarze Löcher Energie abgeben und daher kleiner werden können, wobei die kleinsten dieser wahnsinnig dichten Objekte schnell in einem Hitzestoß explodieren (und das größte im Laufe von Billionen von Jahren langsam in einer kalten Brise verdampft). ).
Warum sollten Schwarze Löcher leuchten?
Immer wenn Materie in ein Schwarzes Loch eindringt, wird sie effektiv vom Rest des Universums abgeschottet. Dadurch wird auch ein gewisses Maß an Unordnung beseitigt; ein charakteristischer Aufruf der Physiker Entropie .
Da diese Entfernung von Materie das Universum weniger ungeordnet macht, wurde angenommen, dass dies zu einer Störung des Universums führen würde Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik .
Ein Physikstudent aus Princeston in den USA namens Jacob Bekenstein wies darauf hin, dass die Grenze, die den Raum umgibt, der am stärksten von der wahnsinnigen Schwerkraft eines Schwarzen Lochs betroffen ist – eine „Oberfläche“ namens an Ereignishorizont – sollte an Fläche zunehmen, wann immer Materie hineinfällt.
Er zeigte, dass dieser Bereich das Maß an Entropie darstellt, das andernfalls verloren gehen würde, ein Vorschlag, der das Paradoxon lösen sollte.
Hawking war sich nicht so sicher. Entropie ist eine andere Art, Wärmeenergie zu beschreiben, die zwangsläufig Strahlung aussendet. Wenn ein Ereignishorizont Entropie aufweist, sollte er auf irgendeine Weise leuchten, was bedeutet, dass Schwarze Löcher doch nicht so schwarz wären.
In seinen Bemühungen, Bekensteins scheinbar absurden Vorschlag zu widerlegen, diskutierte Hawking ihn mit anderen Physikern und versuchte anhand mathematischer Modelle zu zeigen, dass dies nicht möglich war.
Stattdessen entdeckte er, dass Schwarze Löcher tatsächlich mit kaltem Licht zu leuchten scheinen.
Wie erzeugen Schwarze Löcher Hawking-Strahlung?
Der physikalische Prozess hinter der Emission von Teilchen aus der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs ist ziemlich komplex und beruht auf einem soliden Verständnis der Mathematik der Quantenfeldtheorie.
Es ist häufig beschrieben Dies ist das Ergebnis der Trennung zweier „virtueller“ Teilchen, die auf natürliche Weise aus dem Vakuum hervorgehen, durch die Schwerkraft. Normalerweise würden sie sich rekombinieren und aufheben, aber in diesem Fall lässt die Spaltung eine Hälfte jedes Paares als tatsächliche Strahlung entweichen.
Tatsächlich Hawkings eigenes beliebte Erklärung Der Mathematiker beschreibt flüchtige virtuelle Teilchen, die von extremer Schwerkraft beeinflusst werden, wobei eine Hälfte des Paares dem Schwarzen Loch Masse entzieht, da die extreme Schwerkraft dem Teilchen negative Energie verleiht.
Andere Physiker spüren das 'lokalisierte' Beschreibung von Partikeln Die Trennung über eine imaginäre Linie ist ein wenig irreführend.
Während wir eine vollständige Theorie der Rolle der Schwerkraft in der Quantenmechanik benötigen würden, um diese Wechselwirkung richtig abzubilden, zeigen Hawkings Schlussfolgerungen, wie der gekrümmte Raum die Mischung der Quanteneigenschaften in den Feldern in der Nähe eines Ereignishorizonts so sehr durcheinander bringen kann, dass Schwarze Löcher „zerstreuen“ einige Funktionen, während andere intakt bleiben. Es sind diese intakten Eigenschaften, die bestimmten Strahlungstemperaturen ähneln und dazu führen können, dass ein Schwarzes Loch schrumpft.
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