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黑洞并非永恒:它消滅一切也包括自己
 2014.09.15 , 11:58 am

黑洞對任何敢于靠近它的物體基本上就是“游戲結(jié)束了,兄弟”,但它們不是無敵的。實(shí)際上,它們一直處于一種慢性的自我毀滅過程中。

事件視界

現(xiàn)實(shí)點(diǎn)來講,只要你靠近黑洞你就死了。你馬上會(huì)像橡皮筋一樣被巨大的引力拉長然后斷成兩截,或者你會(huì)被輻射烤焦(這個(gè)先不說)。在可預(yù)見的未來里(即使我們能預(yù)見幾千年的未來),沒有人能夠靠近黑洞??墒牵窃竭^事件視界,你連未來都沒有了。一旦物質(zhì)越過事件視界,它將被拉進(jìn)黑洞無法逃脫。光也不例外。這時(shí)候,它已經(jīng)不屬于宇宙的一部分了。

事件視界是黑洞最恐怖的部分。它同時(shí)也是每個(gè)黑洞消亡的原因。在量子力學(xué)的世界里,宇宙有自己的“獨(dú)門絕技”——霍金輻射。

從“無”中誕生的粒子與反粒子

即使宇宙里看上去空空蕩蕩,它其實(shí)是很滿的。黑洞也不是洞。它們是巨大的超密物質(zhì)集束。即使看上去很空的地方也不是什么都沒有。在里面會(huì)不斷有粒子出現(xiàn)和消失。為什么呢?

解釋要從量子隧道講起。根據(jù)海森堡不確定性原理,粒子被認(rèn)為可以突然的出現(xiàn)在無法逾越的障礙的另一邊。我們越確定粒子的空間位置,粒子的動(dòng)量就越不確定。反過來如果我們已知它的動(dòng)量,就無法知道它的確切位置。把粒子放在障礙附近,它可能會(huì)突然獲得足以穿透障礙的動(dòng)量。這股動(dòng)量其實(shí)也是一股能量。而根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程,能量和物質(zhì)是一回事。如果能量可以突然產(chǎn)生,物質(zhì)也一樣。于是我們越是精確地觀測某塊宇宙空間,區(qū)域越確定,我們就能發(fā)現(xiàn)越多的物質(zhì)。

我們看不到大塊物質(zhì)突然出現(xiàn),那是因?yàn)楫?dāng)一個(gè)粒子產(chǎn)生時(shí),一個(gè)反粒子也同時(shí)產(chǎn)生。兩個(gè)粒子接觸會(huì)抵消對方。當(dāng)然,有時(shí)候他們會(huì)分開并存在一段時(shí)間,但這并不常見。這種極短的存在時(shí)間導(dǎo)致科學(xué)家們經(jīng)常稱它們?yōu)樘摿W印?/p>

霍金輻射和黑洞溶解

想想這種情況:兩個(gè)虛粒子(粒子和反粒子)的產(chǎn)生恰巧發(fā)生在黑洞的事件視界上,其中一個(gè)被吸進(jìn)去了,而另外一個(gè)幸運(yùn)地逃走了。假如吸進(jìn)去的是反粒子,正粒子沒有,那么就不會(huì)抵消?,F(xiàn)在虛粒子變成了現(xiàn)實(shí)中的粒子。它的存在和能量都將添加在宇宙中。而從黑洞中泄漏的真實(shí)輻射就意味著黑洞自身在收縮。這種輻射,斯蒂芬·霍金稱之為霍金輻射,有可能讓黑洞慢慢地消亡。

可是,單個(gè)粒子又能有多大影響呢?霍金認(rèn)為這種影響大到黑洞的定義都需要改寫了。黑洞沒有事件視界,它們只有“表面視界”。黑洞的邊緣會(huì)導(dǎo)致量子效應(yīng)強(qiáng)烈,產(chǎn)生的虛粒子會(huì)使表面視界波動(dòng),波動(dòng)到了一定程度,黑洞就將熄滅。

但即使有霍金輻射和波動(dòng)的表面視界,黑洞也需要很長很長一段時(shí)間才能消失。一個(gè)太陽大小的黑洞大約需要目前宇宙生命的幾十億倍時(shí)間才能完全消失。而且,即使我們可以制作一個(gè)激發(fā)物質(zhì)-反物質(zhì)對的儀器,也沒有辦法安全送到表面視界。不過,這終究給它無敵的盔甲增添了一絲縫隙。黑洞不是永恒的。

[Skywalker via IO9]

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