필자는 호킹 방사선으로 인해 가장 큰 블랙홀이 증발하는 데 걸리는 시간을 계산 한 유명한 과학 책을 한 번 읽었습니다. 그는 그 이후 우주는 소립자 만 채워진 수프가 될 것이라고 주장했다.
그러나 블랙홀이 아닌 천체는 어떻게됩니까? 예를 들어 지구의 크기를 가진 악의적 행성이 우주의 어딘가에서 매우 추운 우주에서 표류하고 있습니까? 지구를 증발시키는 원인은 무엇입니까? 얼마나 걸립니까?
답변:
블랙홀 시대는 블랙홀과 소립자 만 남을 것이기 때문에 그렇게 명명되었습니다.
현재 양자 붕괴에 대한 증거는 없기 때문에 우주의이 단계는 엄밀히 이론적입니다.
출처:
물리학 자 존 베이 즈 (John Baez) 의이 페이지 는 기존의 블랙홀과 길을 건너 흡수되지 않는다고 가정 할 때 불량 행성이나 백색 왜성과 같은 블랙홀로 붕괴되기에 충분히 방대하지 않은 신체에 장기적으로 어떤 일이 일어날지를 설명합니다. 짧은 대답 : 호킹 방사선과 관련이없는 이유로 증발합니다. 그것은 아마도 체내의 내부 열 에너지가 주기적으로 표면의 입자가 탈출 속도를 달성하고 신체를 탈출하기에 충분한 운동 에너지를 무작위로 가져 오기 때문에 아마도 열역학 문제 일 것입니다 ( 여기서 Wiki 기사 는 이것을 'Jeans escape '). 전체 토론은 다음과 같습니다.
자, 이제 우리는 고립 된 검은 왜성, 중성자 별, 그리고 블랙홀이 원자와 가스 분자, 먼지 입자, 물론 행성과 다른 크루 드와 함께 절대 영점에 매우 가깝습니다.
우주가 확장됨에 따라 이러한 것들이 결국 광대 한 공간에서 완전히 혼자있는 지점까지 퍼져 나갑니다.
그럼 다음에는 어떻게 되나요?
예를 들어, 블랙홀을 제외한 모든 것은 저온에도 불구하고 점차적으로 원자 또는 전자 및 양성자를 잃는 "승화"또는 "이온화"경향이있다. 구체적으로 말하면, 수소 가스의 이온화를 고려해 봅시다. 논쟁은 훨씬 더 일반적입니다. 수소 상자를 가져와 온도를 고정시키면서 상자를 계속 크게 만들면 결국 이온화됩니다. 이것은 온도가 아무리 낮아도 절대 온도가 정확히 0이 아닌 한 열역학 제 3 법칙에 의해 금지되는 한 발생합니다.
이것은 이상하게 보일 수 있지만 그 이유는 간단합니다. 열 평형에서는 모든 종류의 물질이 자유 에너지를 최소화합니다. E-TS : 에너지에서 온도와 엔트로피를 뺀 에너지입니다. 이것은 에너지를 최소화하려는 것과 엔트로피를 최대화하려는 것 사이에 경쟁이 있음을 의미합니다. 더 높은 온도에서 엔트로피 최대화가 더 중요해집니다. 저온에서 에너지를 최소화하는 것이 더 중요해 지지만 온도가 0 또는 무한이 아닌 한 두 가지 효과가 중요합니다.
[완전히 고립 된 시스템이 장기적으로 엔트로피를 최대화 한다는 점을 설명하기 위해이 설명을 중단하겠습니다 . 일부 주변 시스템과 접촉하는 시스템에는 해당되지 않습니다. 시스템이 훨씬 더 넓은 주변 환경 (유체 또는 우주 배경 방사선에 잠긴 것처럼)에 연결되어 있고 시스템이 주변 환경과 열의 형태로 에너지를 교환 할 수 있다고 가정합니다 (상당히 변하지 않을 것입니다). 주변 환경이 시스템보다 훨씬 크다는 가정하에 주변 환경의 온도, 주변 환경은 열 저장소 로 알려져 있습니다.)이지만 거래량과 같은 다른 수량은 거래 할 수 없습니다. 참조 - 그런 시스템 + 주변의 총 엔트로피가 극대화해야하는 문은 시스템이 혼자 수량은 무엇 바에즈는 마지막 단락에 대해 얘기 자사의 "헬름홀츠 자유 에너지"라는 최소화해야한다는 문에 해당 이 답변 또는 이 페이지 . 그리고 우연히 에너지 와 부피를 모두 거래 할 수 있다면 시스템 + 주변 환경의 총 엔트로피를 최대화하는 것은 시스템 자체가 "Gibbs free energy"(헬름홀츠 프리 에너지와 동일)라고 불리는 약간 다른 양을 최소화해야한다는 것과 같습니다 플러스 압력 시간은 체적 변화), "엔트로피 및 깁스 자유 에너지"를 참조하십시오 .]
이것이 수소 상자에 어떤 의미가 있는지 생각해보십시오. 한편, 이온화 된 수소는 수소 원자 또는 분자보다 더 많은 에너지를 갖는다. 이것은 수소가 원자와 분자, 특히 저온에서 서로 붙어 있기를 원합니다. 그러나 다른 한편으로, 이온화 된 수소는 전자와 양성자가 더 자유롭게 로밍하기 때문에 더 많은 엔트로피를 갖는다. 그리고이 엔트로피 차이는 우리가 상자를 더 크게 만들수록 점점 커집니다. 온도가 아무리 낮아도 온도가 0보다 높으면 박스를 계속 확장 할 때 수소가 이온화됩니다.
(실제로 이것은 이미 언급 한 "비등점"과정과 관련이 있습니다. 우리는 열역학을 사용하여 은하의 밀도가 충분히 낮은 한, 별이 열 평형에 접근함에 따라 은하가 끓는 것을 볼 수 있습니다. )
그러나 우주가 팽창함에 따라 온도가 일정하지 않아 온도가 내려갑니다!
따라서 문제는 우주가 팽창함에 따라 어떤 효과가 이뤄지는가하는 것입니다. 밀도가 낮아지면 물질이 이온화되기를 원합니까?
단기적으로 이것은 상당히 복잡한 문제이지만 장기적으로는 상황이 단순화 될 수 있습니다. 우주가 0이 아닌 우주적 상수로 인해 기하 급수적으로 팽창하면 물질의 밀도는 분명히 0이됩니다. 그러나 온도는 0으로 올라가지 않습니다. 0이 아닌 특정 값에 접근합니다! 따라서 양성자, 중성자 및 전자로 만들어진 모든 형태의 물질이 결국 이온화됩니다!
이것은 매우 차갑지 만 물질의 밀도가 낮 으면이 온도는 양성자, 중성자 및 전자로 만들어진 모든 형태의 물질을 결국 이온화하기에 충분합니다! 중성자 별과 같은 큰 것조차도 천천히, 천천히 사라져야합니다. (중성자 별의 표면은 중성자로 만들어지지 않았습니다. 주로 철로 만들어졌습니다.)