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黑洞并非永恒:它消灭一切也包括自己

2014-09-16

 2014.09.15 , 11:58 am

黑洞对任何敢于靠近它的物体基本上就是“游戏结束了,兄弟”,但它们不是无敌的。实际上,它们一直处于一种慢性的自我毁灭过程中。

事件视界

现实点来讲,只要你靠近黑洞你就死了。你马上会像橡皮筋一样被巨大的引力拉长然后断成两截,或者你会被辐射烤焦(这个先不说)。在可预见的未来里(即使我们能预见几千年的未来),没有人能够靠近黑洞。可是,要是越过事件视界,你连未来都没有了。一旦物质越过事件视界,它将被拉进黑洞无法逃脱。光也不例外。这时候,它已经不属于宇宙的一部分了。

事件视界是黑洞最恐怖的部分。它同时也是每个黑洞消亡的原因。在量子力学的世界里,宇宙有自己的“独门绝技”——霍金辐射。

从“无”中诞生的粒子与反粒子

即使宇宙里看上去空空荡荡,它其实是很满的。黑洞也不是洞。它们是巨大的超密物质集束。即使看上去很空的地方也不是什么都没有。在里面会不断有粒子出现和消失。为什么呢?

解释要从量子隧道讲起。根据海森堡不确定性原理,粒子被认为可以突然的出现在无法逾越的障碍的另一边。我们越确定粒子的空间位置,粒子的动量就越不确定。反过来如果我们已知它的动量,就无法知道它的确切位置。把粒子放在障碍附近,它可能会突然获得足以穿透障碍的动量。这股动量其实也是一股能量。而根据爱因斯坦的质能方程,能量和物质是一回事。如果能量可以突然产生,物质也一样。于是我们越是精确地观测某块宇宙空间,区域越确定,我们就能发现越多的物质。

我们看不到大块物质突然出现,那是因为当一个粒子产生时,一个反粒子也同时产生。两个粒子接触会抵消对方。当然,有时候他们会分开并存在一段时间,但这并不常见。这种极短的存在时间导致科学家们经常称它们为虚粒子。

霍金辐射和黑洞溶解

想想这种情况:两个虚粒子(粒子和反粒子)的产生恰巧发生在黑洞的事件视界上,其中一个被吸进去了,而另外一个幸运地逃走了。假如吸进去的是反粒子,正粒子没有,那么就不会抵消。现在虚粒子变成了现实中的粒子。它的存在和能量都将添加在宇宙中。而从黑洞中泄漏的真实辐射就意味着黑洞自身在收缩。这种辐射,斯蒂芬·霍金称之为霍金辐射,有可能让黑洞慢慢地消亡。

可是,单个粒子又能有多大影响呢?霍金认为这种影响大到黑洞的定义都需要改写了。黑洞没有事件视界,它们只有“表面视界”。黑洞的边缘会导致量子效应强烈,产生的虚粒子会使表面视界波动,波动到了一定程度,黑洞就将熄灭。

但即使有霍金辐射和波动的表面视界,黑洞也需要很长很长一段时间才能消失。一个太阳大小的黑洞大约需要目前宇宙生命的几十亿倍时间才能完全消失。而且,即使我们可以制作一个激发物质-反物质对的仪器,也没有办法安全送到表面视界。不过,这终究给它无敌的盔甲增添了一丝缝隙。黑洞不是永恒的。

[Skywalker via IO9]

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来自:lindan9997  > 地球太空
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