网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

当黑洞不再静止,热力学还适用吗?

0
分享至



根据热力学第二定律,熵是衡量无序程度的物理量,并且不会减少。在一项新发表于《物理评论快报》的研究中,一个研究团队提出了一种衡量黑洞熵的新方法,试图将霍金(Stephen Hawking)的黑洞力学定律推广到远离了平衡态、不断演化的动态黑洞——这些黑洞会形成、并合,并最终蒸发。

黑洞的温度和熵

在宇宙中已知的事物里,黑洞属于最极端的一类,它的引力强到连光也无法逃脱。为了描述黑洞的性质,物理学家长期依赖广义相对论和量子力学中的复杂方程。

然而,在20世纪70年代初,霍金和其他物理学家发现,描述普通事物的热力学定律,竟然与黑洞力学之间存在深刻相似之处。

起初,这一点并不显然。由于我们无法看到黑洞内部,对于一个外部看来相同的黑洞,似乎可能存在无数种形成它的方式和内部状态;从热力学角度看,这会让黑洞熵的问题变得非常棘手,甚至让人怀疑它的熵是否会趋于无限大。同时,人们也曾认为黑洞只会吸收能量而不会辐射,因此它的温度应该为零。如果黑洞具有无限大的熵和零温度,那么黑洞似乎又超出了热力学能够解释的范围。

但霍金后来利用量子力学证明,黑洞并非只进不出,而是可以辐射能量和粒子。这一发现改变了人们对黑洞热力学性质的理解:它不再只是方程中的数学类比,而更像是一种真实的物理性质。霍金进一步提出,黑洞事件视界的面积与其熵成正比,而黑洞的温度则与其质量和自旋的某种组合成反比。

正是这些发现,让黑洞力学在极端物理与普通热力学之间建立起一种令人惊讶的联系,并在过去50年里深刻塑造了人们对黑洞的理解。

但是,这其中存在一个关键的局限:它们是为处于平衡状态的黑洞建立的。换言之,它描述的是随时间保持不变的“理想”黑洞。真实宇宙中的黑洞却并不总是如此:它们会形成、增长、并合,并最终通过霍金辐射蒸发。在这些动态过程中,黑洞并不处于平衡态,而是在不断变化。

不再适合的事件视界

问题由此出现:如果黑洞正在演化,我们还能直接把“事件视界面积”当作黑洞熵的度量吗?

事件视界是黑洞周围的一道边界,任何东西一旦越过该边界,都将无法逃脱。对于处于平衡态的黑洞来说,用事件视界面积来刻画熵是合理的。但在动态情形下,即使在某些局部看起来“什么都没有发生”的平坦时空区域中,事件视界也可能形成和增长。正因如此,事件视界具有一种“目的论式”的特征:它的性质不能仅由黑洞附近的局部物理来决定,还依赖于对未来可能发生、也可能不发生的事件的预测。

这意味着,对于正在增长、蒸发或并合的动态黑洞来说,事件视界面积未必适合作为其物理熵的度量。如果科学家想把黑洞力学定律真正推广到非平衡态黑洞,就需要一个更适合动态过程的替代方案。

动力学视界

在这项新的研究中,研究团队提出了一种新的思路:用所谓的“动力学视界”来取代事件视界。动力学视界已经被用于黑洞数值模拟之中,它可以根据黑洞在某一给定时刻的物理性质来刻画,因此不再受事件视界那种“依赖未来”的“目的论式”问题的困扰。

基于这一点,研究团队提出了一种新的黑洞熵度量方式:对于正在演化的黑洞,熵可以与动力学视界片段的面积联系起来。这样一来,黑洞力学第一定律和第二定律就有可能被推广到非平衡态黑洞,从而克服过去半个多世纪以来传统范式的局限。

与传统事件视界相比,动力学视界更贴近黑洞在某一时刻的真实物理状态,也与黑洞的自旋和能量等性质联系更紧密。因此,它或许能帮助科学家更好地理解黑洞真实经历的动态过程——从黑洞增长、蒸发,到与另一个黑洞并合。

过去,黑洞力学定律让人们看到了黑洞与热力学之间的深刻联系。而这项新研究试图把这套框架推进到更真实的宇宙中。这意味着,黑洞熵的概念或许不再只属于静止、理想化的黑洞。它也可以进入真实、动态、不断变化的黑洞世界。对于理解黑洞如何生长、如何并合、如何蒸发,以及黑洞背后更深层的量子本质,这可能是一条新的道路。

#参考来源:

https://www.psu.edu/news/eberly-college-science/story/dynamic-black-holes-explained-simple-thermodynamics

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/3c1r-v8f1

https://arxiv.org/pdf/2512.11659

#图片来源:

封面图&首图:Jonathan Shu and Daniel Paraizo / Penn State. Creative Commons

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
117比73狂胜44分!北京队又缔造一大惨案:广东队真被错怪了?

117比73狂胜44分!北京队又缔造一大惨案:广东队真被错怪了?

篮球快餐车
2026-10-25 21:40:17
婆婆立规矩:嫁进我家,不许管娘家,我笑着点头,第二天直接把爸妈接进她的豪宅

婆婆立规矩:嫁进我家,不许管娘家,我笑着点头,第二天直接把爸妈接进她的豪宅

大熊欢乐坊
2026-10-25 15:28:25
17℃!冷空气抵达广东!被冷醒的、开空调的:秋天只卖“体验装”

17℃!冷空气抵达广东!被冷醒的、开空调的:秋天只卖“体验装”

时尚的弄潮
2026-10-25 19:29:46
有人把话挑明了:美国真正怕的,不是中国动手,是中国坐下

有人把话挑明了:美国真正怕的,不是中国动手,是中国坐下

纪史行者
2026-10-25 09:00:10
“幸亏我生了儿子”,小学女儿换装视频,让很多家长难以承受

“幸亏我生了儿子”,小学女儿换装视频,让很多家长难以承受

凡知
2026-10-11 12:35:13
白酒再次被关注!医生发现:脑梗者喝白酒,不用多久或有5变化

白酒再次被关注!医生发现:脑梗者喝白酒,不用多久或有5变化

任医生聊健康
2026-09-19 10:45:13
54.4%中间票倒戈!蒋万安被反超,蓝营全线崩盘,选情一夜变天!

54.4%中间票倒戈!蒋万安被反超,蓝营全线崩盘,选情一夜变天!

老范谈史
2026-10-25 10:27:02
从3连败到3连胜!76人骗过了多少人?难怪詹姆斯不想跟东契奇打球

从3连败到3连胜!76人骗过了多少人?难怪詹姆斯不想跟东契奇打球

小路看球
2026-10-25 20:34:06
皇马拿下巴萨的取胜密钥!皇马取胜巴萨三要素:姆巴佩打身后、中场争控、重点盯防亚马尔

皇马拿下巴萨的取胜密钥!皇马取胜巴萨三要素:姆巴佩打身后、中场争控、重点盯防亚马尔

福酱的小时光
2026-10-25 08:36:17
穆帅执教皇马近5场国家德比不败,队史仅两人不败场次更长

穆帅执教皇马近5场国家德比不败,队史仅两人不败场次更长

懂球帝
2026-10-25 15:21:14
上海浦东,男子一家住了30年的公房,给母亲办户口时才惊觉,产权早已在陌生人名下,而对方竟是当年小区物业的股东。

上海浦东,男子一家住了30年的公房,给母亲办户口时才惊觉,产权早已在陌生人名下,而对方竟是当年小区物业的股东。

背包旅行
2026-10-25 10:00:21
“大老鼠窜来窜去,顾客全部看呆了,集体被吓到崩溃”,寿司郎传送带上被投诉有老鼠,涉事门店:已全面消杀,老鼠是外来的

“大老鼠窜来窜去,顾客全部看呆了,集体被吓到崩溃”,寿司郎传送带上被投诉有老鼠,涉事门店:已全面消杀,老鼠是外来的

南方都市报
2026-10-25 22:39:55
关于人口政策的表述,已经悄悄变了

关于人口政策的表述,已经悄悄变了

大何日拱一卒
2026-10-25 22:05:29
999元!又一款新机官宣:11月8日,正式开售!

999元!又一款新机官宣:11月8日,正式开售!

科技堡垒
2026-10-24 11:06:03
没想到,陈建州突发心梗紧急送医还没一个月,他竟再迎一大噩耗

没想到,陈建州突发心梗紧急送医还没一个月,他竟再迎一大噩耗

后世的君子
2026-10-23 16:31:41
发现一个奇怪现象:乡镇卫生院除了没有病人,真的其他什么都有?

发现一个奇怪现象:乡镇卫生院除了没有病人,真的其他什么都有?

青史卷中人
2026-10-26 01:38:41
男子翻入一农户家中盗窃,搬走重达百斤的保险箱,里面装有57万元现金和300多克黄金,法院:判处有期徒刑十年六个月,并处罚金二十万元

男子翻入一农户家中盗窃,搬走重达百斤的保险箱,里面装有57万元现金和300多克黄金,法院:判处有期徒刑十年六个月,并处罚金二十万元

扬子晚报
2026-10-23 11:11:05
郑智:平局结果有点可惜,最后一球终结的能力确实有待提高

郑智:平局结果有点可惜,最后一球终结的能力确实有待提高

懂球帝
2026-10-25 07:22:47
又一电诈头目落网!坑害国人超27亿,杀人不眨眼,全网呼吁查赵薇

又一电诈头目落网!坑害国人超27亿,杀人不眨眼,全网呼吁查赵薇

泪满过眼
2026-10-10 07:24:15
比亚迪新车官宣:10月26日,开启小订!

比亚迪新车官宣:10月26日,开启小订!

科技堡垒
2026-10-25 11:02:20
2026-10-26 06:23:00
原理
原理
科学,照亮黑暗的蜡烛。
3115文章数 58765关注度
往期回顾 全部

头条要闻

武契奇承认前进党在塞尔维亚议会选举中败选

头条要闻

武契奇承认前进党在塞尔维亚议会选举中败选

体育要闻

文班、约基奇和扬尼斯各自的处境

娱乐要闻

王佳佳近况:44岁导演老公露面

财经要闻

宁王AB面:好业绩,坏天气

科技要闻

苹果首款折叠屏没能养肥黄牛

汽车要闻

专业越野+华为乾崑智能 猛士X700限时焕新价20.98万起

态度原创

数码
艺术
亲子
手机
军事航空

数码要闻

联合创新“D32U1”31.5英寸显示器发售:4K 60Hz、USB-C 65W,1699元

艺术要闻

家底丰厚的贵公子,最后散尽千金,留给民族无价珍宝

亲子要闻

小鸭鸭的嘴也太甜了,几句话就把妈妈哄得乐开了花

手机要闻

消息称苹果正为iPhone Duo开发全新“便捷访问”模式,方便左撇子根据持机习惯调整界面

军事要闻

泽连斯基:不会为结束冲突放弃更多领土

无障碍浏览 进入关怀版