Begreppet temperatur är vanligtvis förknippat med den genomsnittliga kinetiska energin hos partiklarna i ett system. Men när det gäller svarta hål har de inte temperatur i traditionell mening. Istället kännetecknas de av en kvantitet som kallas Hawking-temperaturen.
Hawking-temperaturen är ett teoretiskt koncept som uppstår i studiet av kvantmekanik nära händelsehorisonten för ett svart hål. Den är uppkallad efter den berömda teoretiska fysikern Stephen Hawking, som först föreslog dess existens 1974.
Hawking-temperaturen är inte direkt relaterad till värmen eller termisk strålning som sänds ut av själva det svarta hålet. Istället representerar den temperaturen på strålningen som en observatör skulle mäta i oändligheten om de skulle accelerera mot det svarta hålet och sväva strax utanför händelsehorisonten.
Hawking-temperaturen är proportionell mot det svarta hålets ytgravitation och är omvänt proportionell mot dess massa. Det betyder att mindre svarta hål har högre Hawking-temperaturer jämfört med större svarta hål. Till exempel skulle ett svart hål med en massa jämförbar med jordens ha en Hawking-temperatur på cirka 10^-32 Kelvin, medan ett supermassivt svart hål med massan av miljoner solmassor skulle ha en Hawking-temperatur nära absolut noll .
Konsekvenser för den omgivande materiens energi
Hawking-temperaturen har betydande konsekvenser för materien och energin kring det svarta hålet:
1. Svarthålsstrålning: Hawking-effekten förutspår att svarta hål avger ett svagt sken som kallas Hawking-strålning. Denna strålning är ett resultat av kvantfluktuationer som inträffar nära händelsehorisonten, där partikel-antipartikelpar skapas. Om en partikel faller in i det svarta hålet medan den andra flyr, bär partikeln som flyr på en liten mängd energi, vilket bidrar till Hawking-strålningen.
2. Informationsförlustparadox: Hawking-effekten väckte frågor om bevarandet av information inom kvantmekaniken. Informationen som finns i materia som faller i ett svart hål verkar vara förlorad för alltid. Att lösa denna uppenbara paradox förblir en pågående utmaning inom teoretisk fysik.
3. Avdunstning av svarta hål :Med tiden gör Hawking-strålningen som sänds ut av ett svart hål att dess massa minskar, vilket leder till att den slutligen förångas. Denna process är otroligt långsam och blir endast relevant för små svarta hål. Som ett resultat förväntas de allra flesta svarta hålen bestå på obestämd tid.
4. Kvantumgravitation: Hawking-effekten belyser behovet av en enhetlig teori som slår samman kvantmekanikens principer med teorin om allmän relativitet. Att förena dessa två ramverk är ett centralt mål för kvantgravitationsforskningen.
Sammanfattningsvis, medan svarta hål inte har temperatur i traditionell mening, spelar konceptet Hawking-temperatur en avgörande roll för att förstå kvantegenskaperna hos svarta hål och deras inflytande på den omgivande materien och energin. Att utforska dessa fenomen är ett viktigt forskningsområde inom teoretisk fysik och astronomi, vilket bidrar till vår förståelse av universums grundläggande natur.
