黑洞的热力学性质:探索宇宙中最极端的天体
1972年,以色列物理学家雅各布·贝肯斯坦提出了一个大胆的假设:黑洞具有熵,并且与其视界面积成正比。他的灵感来自于一个简单而深刻的思想实验:如果一个带有熵(即信息)的物体被投入到一个黑洞中,那么外界观察者看到的总熵就会减少,这似乎违反了热力学第二定律。为了解决这个悖论,贝肯斯坦提出了一个可能性:黑洞本身也有熵,并且当物体掉入时,它会增加足够多的熵来补偿外界观察者看到的损失。 其中S_{BH}是黑洞熵,k是玻尔兹曼常数,c是光速,A是视界面积,G是引力常数, ℏ是约化普朗克常数。这个公式表明了两个重要事实:一是黑洞熵与其视界面积成正比, 二是黑洞单位面积所含信息量与普朗克长度平方成反比。 黑洞温度霍金辐射的产生机制可以用以下的简化模型来理解:在黑洞附近的虚空中,不断有粒子对(例如电子和正电子)从量子涨落中产生并湮灭。如果一个粒子掉入了黑洞,而另一个逃离了黑洞,则外界观察者会看到这个逃离的粒子就像是从黑洞中发出来的。为了保持能量守恒,掉入黑洞的粒子必须带走一些负能量,从而使得黑洞的质量减少。 其中T_{BH}是黑洞温度,M是黑洞质量。 黑洞热力学第一定律其中dM是黑洞质量变化,dA是视界面积变化,Ω是角速度,dJ是角动量变化,V是电势差,dQ是电荷变化。这个关系类似于转动物体的热力学第一定律: 因此它也被称为黑洞热力学第一定律。 |
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地下核爆炸也会产生地震,如何区分自然地震和人为地震
我们将介绍地震学家根据地震波来区分地震和地下核爆炸的一些方法。P波/S波比值可以通过比较距震源不同距离处每种波的振幅或能量来测量。高P波/S波比值表示类似爆炸的震源,而低P波/S波比值表示类似地震的震源。频率地震和地下核爆炸的第三个区别是它们的余震序列。余震是在空间和时间上紧随较大地震之后的较小地震事件。余震的发生是因为主要事件改变了应力场周围的岩石,但它们通常比自然地震引起的余震更小更少。
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麦克斯韦:电磁学之父和光的解密者
麦克斯韦出生于一个富裕的苏格兰家庭,他的父亲是一位律师,他的母亲是一位教育家。他从小就表现出对科学和自然的好奇心,他喜欢制作各种机械玩具和实验装置。他在14岁时就发表了他的第一篇论文,介绍了如何用几何方法画出椭圆。他曾就读于剑桥大学,后来成为伦敦国王学院自然哲学教授。在一次偶然的机会,他被迈克尔