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解读神秘的黑洞:你知道黑洞蒸发完需要多久吗?难以想象的漫长

 宇宙时空探索 2022-03-01


黑洞,神秘的天体,通常情况下是大质量恒星在走向死亡的过程中向内急剧坍缩形成的。从这点上来讲,黑洞就是恒星的“坟墓”。

爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞的存在,最近几十年,天文学家通过各种方法试图找到黑洞的存在。

终于,在3年前的2019年,天文学家们终于拍摄到了黑洞的首张照片。人们对黑洞的了解又进了一步。

目前的观点认为,当你靠近黑洞,无限接近黑洞的事件视界时,你将永远没有了回头路,不可能再返回现实世界。同时如果我在很远的地方观察你,会看到你的时间流逝速度越来越慢,最终你会停留在黑洞的事件视界,也就是说,关于你的所有信息都被编码在了一个二维面上:黑洞的事件视界。

那么,如果早遥远的某天,黑洞消失了,关于你的所有信息也信息也消失不见了吗?

有一点是肯定的:宇宙万物从来没有永恒的存在。哪怕是浩瀚的宇宙在极其遥远的某天也会走向终结。时间箭头会一直向前,随着宇宙膨胀速度越来越快,暗能量的主导地位也越来越强,宇宙万物最终都会完全被撕裂,走向灭亡。

科学家们预言,黑洞会是宇宙中最后存在的天体,当所有黑洞蒸发完毕之后,也就意味着宇宙的终结。

那么,黑洞是如何蒸发的呢?一个黑洞蒸发完毕需要多长时间呢?

这取决于黑洞的质量,科学家们预计,在大约10的67次方年到10的100次方年之后,所有黑洞都会因为霍金辐射蒸发完毕。

下面详细讲述一下黑洞蒸发的过程。

先做个思想实验,你能想象出一个完全“空白”的空间吗?这个空间里面什么都没有。

在这样的空间里,所有的物质,能量,辐射,各种电磁场,中微子等等都要统统消失,不然就不会是完全空白。

同时,我们还必须保证这样的空间不会受到任何形式的影响,哪怕是最微弱的引力影响也不能有,当然更不能有任何形式的电磁场。

这样的空间只能存在于我们的想象中,现实中我们根本制造不出这样的空间,哪怕再微小也做不到。因为我们本身就是空间的一部分,就要受到大自然的法则约束。

但是,问题出现了:就算你真的制造出这样完全空白的空间,你也会惊讶地发现完全不是你想象的那样。

你会发现所谓的“完全空白的空间”并不是真的“什么都没有”,甚至恰恰相反,在那样的空间里“非常热闹”:根据量子力学的不确定性,量子物理仍旧存在,在不确定的时刻和位置,随机上演着能量的起伏,就像沸腾的海洋一样。

也就是说,即使你创造出了完全空白的空间,这个空间的能量也不是零!各种虚粒子对会随机衍生出来,然后瞬间消失。这个过程一直在“真空”中上演。只要这个衍生然后消失的过程足够短,就不违反大自然法则。具体来讲,只要只要衍生出来的能量和持续的时间两者的乘积满足一个公式,就可以了。

现在回到黑洞的事件视界。在黑洞事件视界附近,上述所说的虚粒子对同样不断上演着衍生和湮灭的过程。但是偶尔也会出现这样的情况:某个虚粒子偶然会越过事件视界,然后被黑洞吞噬,而与之对应的另一个虚粒子则逃之夭夭,从外界来看就像是黑洞正在蒸发能量。

这就是霍金辐射。根据能量守恒,只要上述的偶然事件持续发生(只要时间足够长,肯定会持续发生),终有一天黑洞会因为霍金辐射而蒸发完毕。

或许你已经感觉到了什么。没错,霍金辐射的过程是非常非常缓慢的,尤其是相对于黑洞这样质量庞大的天体,霍金辐射的影响微乎其微。但架不住时间一直向前,只要时间足够长,哪怕是质量庞大的黑洞,也扛不住能量的一点点蒸发。

大质量的黑洞蒸发完毕需要10的100次方年,无法想象这是多么漫长的时间,更无法想象所有黑洞蒸发完毕之后会留下怎样的宇宙!

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