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黑洞并非永恒:它消灭一切也包括自己

科普小知识2021-08-27 03:56:52
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黑洞并非永恒:它消灭一切也包括自己

视界

事实上,只要你在黑洞附近,你就会死。你很快就会像橡皮筋一样被巨大的重力拉伸,然后被切成两块,否则你会被辐射烤焦(这一边)。在可预见的未来(即使我们能预见未来几千年),没有人能接近黑洞。然而,如果你跨越了事件视界,你就没有未来。一旦物质穿过视界,它将被拉入黑洞,无法逃脱。光也不例外。这时,它已经不再是宇宙的一部分了。

视界是黑洞最可怕的部分。这也是每个黑洞死亡的原因。在量子力学的世界里,宇宙有它自己的“独特技能”——霍金辐射。

从“无”中诞生的粒子和反粒子

即使宇宙看起来是空的,它实际上是非常满的。黑洞也不是洞。它们是超致密物质的巨大集群。即使看起来是空的地方也不是空的。其中粒子会不断出现和消失。为什么?

解释从量子隧道开始。根据海森堡的测不准原理,粒子被认为突然出现在不可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。另一方面,如果我们知道它的动量,我们就不能知道它的确切位置。将粒子放在障碍物附近,它可能会突然获得足够的动量来穿透障碍物。这种动力实际上是一种能量。根据爱因斯坦的质量能量方程,能量和物质是一回事。如果能量可以突然产生,物质也可以。因此,我们观察某个空间越精确,区域就越明确,我们能找到的材料就越多。

我们看不到大质量物质的突然出现,因为当一个粒子产生时,也会产生一个反粒子。两个粒子之间的接触会互相抵消。当然,有时它们会分开并存在一段时间,但这并不常见。如此短暂的存在时间让科学家们称它们为虚拟粒子。

黑洞并非永恒:它消灭一切也包括自己

霍金辐射和黑洞溶解

想想这种情况:两个假想的粒子(粒子和反粒子)碰巧出现在黑洞的视界,其中一个被吸进,另一个幸运地逃脱了。如果反粒子被吸入,而正粒子没有被吸入,那么它们不会被抵消。现在虚拟粒子已经变成了真实粒子。它的存在和能量将被添加到宇宙中。从黑洞泄漏的真正辐射意味着黑洞本身正在收缩。斯蒂芬·霍金称这种辐射为霍金辐射,可能会导致黑洞慢慢消亡。

然而,一个粒子能有多大的影响?霍金认为,具有如此巨大影响的黑洞的定义需要重写。黑洞没有视界,它们只有“表面视界”。黑洞的边缘会导致强烈的量子效应。产生的虚拟粒子会使表面视界产生一定程度的波动,黑洞将会消失。

但是即使有霍金辐射和波动的表面视界,黑洞也需要很长时间才能消失。一个太阳大小的黑洞需要大约几十亿倍的时间才能让宇宙中的生命完全消失。此外,即使我们能制造一种仪器来激发物质-反物质对,也没有办法把它安全地送到地表。然而,这最终给它无敌的盔甲增加了一道裂缝。黑洞不是永恒的。