無法想像!無論質量多大的黑洞,最終也會「蒸發」掉!

無法想象!無論質量多大的黑洞,最終也會“蒸發”掉!

天鵝座X-1雙星系統

現代宇宙學讓我們知道,我們置身的這個宇宙之中,有著數量眾多的黑洞。黑洞是一種特殊的天體,它的引力強大到光都無法從其視界內逃脫,正因為這樣,人類通過可見光是無法探測到黑洞的。

“黑洞”一詞,最初是在1969年由美國科學家約翰.惠勒提出的,其後世界上眾多頂尖的宇宙學家,包括斯蒂芬.霍金等等,不斷通過理論計算以及空間望遠鏡的觀測,最終證實了黑洞的存在。

無法想象!無論質量多大的黑洞,最終也會“蒸發”掉!

黑洞從伴星吸收物質

到目前為止,已經被確認為是黑洞的天體,是“天鵝座X-1”的X射線源,它無法用可見光光學望遠鏡看到。但這是一個雙星系統,在它的旁邊,是一顆光學可見的恆星,這顆恆星是一顆高溫藍色超巨星,視星等9等,半徑是太陽的23倍,質量大約是太陽的25倍至40倍,距離地球大約8000光年。這個雙星系統中的兩個天體一個光學可見,一個光學不可見,兩者相聚3000萬千米,它們互相圍繞著旋轉,週期為5.6地球天。觀測可見藍超巨星被它的看不見的伴星不斷吸取物質,有著極高的溫度並輻射出強大的X射線,科學家斷定這是一個恆星級黑洞,質量約為太陽的10至15倍。

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黑洞吸取外部物質

黑洞有著極強的引力場,胃口也是無窮大,任何靠近它的物質都會被它吞噬,而且只進不出並不斷生長,似乎是個一毛不拔的“吝嗇鬼”,按照這樣的推理,黑洞只會越來越大,最終大的黑洞吞掉小的黑洞,無休無止。那麼,黑洞真的是永恆的嗎?

結論是否定的,觀測證實,黑洞並不是真的那麼“黑”,它會輻射出粒子和熱能,類似於“蒸發”,最終會完全蒸發掉,黑洞也會死亡,這只是時間問題。說到這兒,矛盾點出來了,既然任何東西都不能從黑洞的視界之內逃逸出來,那麼黑洞怎麼可能發射出粒子呢?

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黑洞發射粒子流

這裡就要提到“量子理論”,斯蒂芬.霍金在1974年根據量子理論提出,真空並不是絕對的空虛,真空在不斷地產生著正、反粒子對,它們在某一時刻同時出現,相互離開,然後又相互靠近,並且又很快湮滅。雖然正、反粒子出現的時間極短,但還是會出現四種可能性:一是一出現就直接湮滅;二是出現後雙雙落入黑洞視界內;三是正粒子落入黑洞而反粒子逃脫;四是反粒子落入黑洞而正粒子逃脫。而出現第四種的可能性幾率最高。

我文中所說的“蒸發”,就是這第四種現象,也就是反粒子落入黑洞正粒子逃脫。因為反粒子帶有負能量,落入黑洞後等效於減少了黑洞的能量,而逃脫出來的正粒子則等效於從黑洞周圍發射出了正能量,這樣疊加後的結果就等效於從黑洞內部發射出能量,這就是黑洞“蒸發”。這個結論,與黑洞視界內沒有任何物質和能量可以逃逸的結論毫不矛盾。

無法想象!無論質量多大的黑洞,最終也會“蒸發”掉!

黑洞和光學可見恆星雙星系統

黑洞既然會蒸發掉,那麼黑洞的壽命到底有多長呢?這取決於黑洞質量的大小,越是小的黑洞,粒子的發射率和表觀溫度也就越大,蒸發也就越快;反之,質量越大的黑洞則蒸發越慢,比如一個近似於太陽質量大小的黑洞,它的壽命可以維持10的67次方年,這是一個極其漫長的時間尺度。

表面看上去,關於黑洞的一切,似乎與我們毫無關係。但是,既然黑洞的蒸發是在發射能量,而只要是能量,只要技術手段足夠先進,人類終有一天會加以利用。


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