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科学探索

黑洞完全蒸发的时间与黑洞爆炸的能量

科学探索万象经验2023-05-08

假设我们用三个太阳质量的黑洞代入上述方程,得到的温度大约为2×10^-8开尔文。我们知道宇宙微波背景辐射的平均温度大约为2.7开尔文,因此这种质量的黑洞实际上吸收的能量比辐射的还要多。也就是说,在宇宙膨胀到微波背景辐射的温度下降到足够低之前,黑洞都不会因为霍金辐射而失去质量。

因为我们正在处理辐射,所以我们应该期望我们的方程包括光速c;并且由于我们在处理热量,所以也应该包含玻尔兹曼常数kB和温度T;最后,我们还将包含约化普朗克常数。还是常规的操作,我们先进行猜测方程:

事实上,详细的量子力学计算得出精确的斯蒂藩-玻尔兹曼方程为:

代入斯蒂藩-玻尔兹曼方程得到:

我们首先要注意到,黑洞的辐射功率会随着质量改变,而辐射又会改变质量,所以我们需要以微分形式来表示功率的关系:

接下来使用分离变量法,再对他们进行积分。黑洞质量从M到0,而时间从0到t。

霍金说,在黑洞生命的最后一秒,它会爆炸开来。我们让黑洞的生命t=1,然后可以算出黑洞的质量大约为10^5千克。根据E=mc^2,此时释放的能量大约为10^22焦耳,而地球上曾经引爆的最大核弹所释放的能量才10^17焦耳。

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