无法想象!无论质量多大的黑洞,最终也会“蒸发”掉!

无法想象!无论质量多大的黑洞,最终也会“蒸发”掉!

天鹅座X-1双星系统

现代宇宙学让我们知道,我们置身的这个宇宙之中,有着数量众多的黑洞。黑洞是一种特殊的天体,它的引力强大到光都无法从其视界内逃脱,正因为这样,人类通过可见光是无法探测到黑洞的。

“黑洞”一词,最初是在1969年由美国科学家约翰.惠勒提出的,其后世界上众多顶尖的宇宙学家,包括斯蒂芬.霍金等等,不断通过理论计算以及空间望远镜的观测,最终证实了黑洞的存在。

无法想象!无论质量多大的黑洞,最终也会“蒸发”掉!

黑洞从伴星吸收物质

到目前为止,已经被确认为是黑洞的天体,是“天鹅座X-1”的X射线源,它无法用可见光光学望远镜看到。但这是一个双星系统,在它的旁边,是一颗光学可见的恒星,这颗恒星是一颗高温蓝色超巨星,视星等9等,半径是太阳的23倍,质量大约是太阳的25倍至40倍,距离地球大约8000光年。这个双星系统中的两个天体一个光学可见,一个光学不可见,两者相聚3000万千米,它们互相围绕着旋转,周期为5.6地球天。观测可见蓝超巨星被它的看不见的伴星不断吸取物质,有着极高的温度并辐射出强大的X射线,科学家断定这是一个恒星级黑洞,质量约为太阳的10至15倍。

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黑洞吸取外部物质

黑洞有着极强的引力场,胃口也是无穷大,任何靠近它的物质都会被它吞噬,而且只进不出并不断生长,似乎是个一毛不拔的“吝啬鬼”,按照这样的推理,黑洞只会越来越大,最终大的黑洞吞掉小的黑洞,无休无止。那么,黑洞真的是永恒的吗?

结论是否定的,观测证实,黑洞并不是真的那么“黑”,它会辐射出粒子和热能,类似于“蒸发”,最终会完全蒸发掉,黑洞也会死亡,这只是时间问题。说到这儿,矛盾点出来了,既然任何东西都不能从黑洞的视界之内逃逸出来,那么黑洞怎么可能发射出粒子呢?

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黑洞发射粒子流

这里就要提到“量子理论”,斯蒂芬.霍金在1974年根据量子理论提出,真空并不是绝对的空虚,真空在不断地产生着正、反粒子对,它们在某一时刻同时出现,相互离开,然后又相互靠近,并且又很快湮灭。虽然正、反粒子出现的时间极短,但还是会出现四种可能性:一是一出现就直接湮灭;二是出现后双双落入黑洞视界内;三是正粒子落入黑洞而反粒子逃脱;四是反粒子落入黑洞而正粒子逃脱。而出现第四种的可能性几率最高。

我文中所说的“蒸发”,就是这第四种现象,也就是反粒子落入黑洞正粒子逃脱。因为反粒子带有负能量,落入黑洞后等效于减少了黑洞的能量,而逃脱出来的正粒子则等效于从黑洞周围发射出了正能量,这样叠加后的结果就等效于从黑洞内部发射出能量,这就是黑洞“蒸发”。这个结论,与黑洞视界内没有任何物质和能量可以逃逸的结论毫不矛盾。

无法想象!无论质量多大的黑洞,最终也会“蒸发”掉!

黑洞和光学可见恒星双星系统

黑洞既然会蒸发掉,那么黑洞的寿命到底有多长呢?这取决于黑洞质量的大小,越是小的黑洞,粒子的发射率和表观温度也就越大,蒸发也就越快;反之,质量越大的黑洞则蒸发越慢,比如一个近似于太阳质量大小的黑洞,它的寿命可以维持10的67次方年,这是一个极其漫长的时间尺度。

表面看上去,关于黑洞的一切,似乎与我们毫无关系。但是,既然黑洞的蒸发是在发射能量,而只要是能量,只要技术手段足够先进,人类终有一天会加以利用。


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