黑洞有温度吗？

wanggechou

黑洞有温度吗？

qdzs2000

谢谢邀请。要想知道这个答案，我们需要对两个概念进行了解，首先是温度，对于温度的定义，通常是按照在单位时间和体积内所释放出来光子能量的多少来定义的。另外一个概念就是对于黑洞的理解。在经典的广义相对论当中，对于黑洞的定义是一种连光都无法逃脱的天体。所以我们可以想象一下，在传统的定义当中，黑洞是没有任何的辐射的。那么这种情况之下，没有任何的辐射，所以黑洞的温度是绝对零度。然而是不是黑洞真的就不产生任何的辐射呢？这就要讲到对于黑洞的近代理解，世界上最知名的物理学家史蒂芬霍金就在这方面做出了非常重要的贡献，当他把量子力学应用于黑洞的视界面的时候，因为粒子位置的不确定性，所以一部分光子就有一定的概率从视界面的内部逃脱出来，从而产生非常微弱的辐射，尽管这个辐射非常的微弱，相比较之前的绝对没有，完全是一个巨大的差别。因为是史蒂芬霍金发现的这个现象，所以我们现在通常称之为史蒂芬霍金辐射。有了从黑洞逃逸出来的光子，我们就可以定义所对应的温度。现在的研究表明，史蒂芬霍金辐射的温度是与黑洞的质量成反比的，如果黑洞的质量越大，黑洞温度也就越低，意味着黑洞就越难蒸发，然而如果黑洞的质量越小的话，也就越容易蒸发。比如，如果一个黑洞的质量为23万公斤，那么只需要一秒中就会蒸发完毕。但是如果黑洞的质量是一个太阳质量，那么蒸发时间将达到2.1E67年，比我们的宇宙年龄（138亿年）远远要大很多。

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任何物体都会具有温度。注意是，是所有的物体。黑洞也是一种物体，当然会有温度。按照热力学原理，不管是什么东西，它的温度都不可能达到绝对零度，无论其热能挥发多久都不可能做到 而只能无限趋近于绝对零度。大概在10亿个10亿年之后，宇宙走向终结的时候（还没有完全确认），宇宙的所有物质已经被分解掉了，这个时候宇宙的温度就是无限接近于绝对零度。但是，依然还达不到绝对零度，也永远不可能达到绝对零度。在接近宇宙临终的前一段时间，宇宙之中会存在一些超级黑洞，这些超级黑洞是很多黑洞合并起来的产物，它们的体积非常的大。要知道 黑洞的体积越大，则蒸发的时间越少（涉及到“史蒂芬霍金辐射”的概念），很多大黑洞如果想蒸发干净，其所耗费的时间已经远远 超越了宇宙的年龄137亿多年。黑洞的体积越大，则其内部温度也是越低。

我们计算温度，要看光子的能量。黑洞是封闭的天体，光线都不能逃脱，由于量子效应，才缓慢的蒸发一点质量，所以其温度是很低的。而之前已经说了，质量越大，黑洞的蒸发速度越低，则大黑洞的温度非常之低，已经接近了绝对零度的程度。

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问黑洞有没有温度首先我们需要搞清楚两个问题，一个是什么是温度，一个是黑洞究竟由什么构成。温度是对物质构成分子微观运动剧烈程度的反映，这是公认的，但是黑洞内部有分子吗？显然，目前根据黑洞是比白矮星中子星更致密的存在，而后者都不是由分子构成可以推测，黑洞是由高度卷曲的空间，也即光子构成的。这样，也就意味着在黑洞内部已经没办法定义温度了。所以，应该推论黑洞内部并没有温度可言，这恰好符合了广义相对论关于黑洞内部处于物理理论失效时空奇点状态的判断。物理理论失效的一个重要特征包括温度这样的常规物理指标消失。当然，物理指标失效也意味着另一个重要特征也即物理指标之间的相对关系也消失，也即整体表现的物理理论失效。

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黑洞当然有温度了，黑洞的温度，对于其它可视天体来说，是个极高的温度，比如恒星最高温度可达数万亿度，我们的太阳核心温度可达7000万度，属于小型低温的红矮星。而黑洞内部的温度是亿亿度的倍数，约是最亮最大最高温度恒星的几万倍，这个温度是无法形成基本粒子，如质子，中子，电子的，所以黑洞是不发光的。学过物理学的人应该都懂，光及各种射线是原子内部电子的能级跃迁产生的。亿亿度级别对于黑洞而言属于稳态和温态，但对于宇宙而言，仍然是属于冷态，毕竟黑洞也是由宇宙最小粒子(史瓦西粒子)组成的。亿亿亿度以上才叫炽热的宇宙，有位天文学家认为，宇宙大爆炸后的1/亿秒，宇宙的温度是亿亿亿亿亿度级别，其规模约足球场的大小。