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黑洞的最終命運是什么?

 陽春雪竹軒 2021-01-29

“黑洞”是宇宙中最“可怕”的天體,因為任何物質(zhì)和能量在進入黑洞的“視界”范圍后,就會被黑洞強大的引力吞噬,再也無法逃脫。愛因斯坦的廣義相對論預言了黑洞的存在,可是就連愛因斯坦本人都不太相信宇宙中真的存在這樣神奇的天體。

黑洞的本質(zhì)是物理學中的“奇點”,一個存在而又不存在的點,這個點附近的時空曲率無限高,造成了吞噬一切的假象,黑洞的奇點和造成宇宙大爆炸的奇點有一定差距,科學家可以間接測出黑洞的質(zhì)量,卻永遠無法知道第一個奇點的質(zhì)量,造成宇宙大爆炸的奇點質(zhì)量無窮大,密度無窮大,體積無限小,熱量無限高,任何物理理論在這個奇點面前都會失效。

黑洞的最終命運是什么?

一個大質(zhì)量的恒星或者是兩個中子星合并時,超高的物質(zhì)密度會促使黑洞誕生,任何物質(zhì)的半徑小于史瓦西半徑時,就會產(chǎn)生一個奇點,理論上只要把一個存在質(zhì)量的物質(zhì)無限壓縮,它就會變成黑洞,但是因為條件十分苛刻,在宇宙中也只有超大質(zhì)量的恒星演化會產(chǎn)生黑洞。

那么問題來了,黑洞如此可怕,它的存在是否是“永恒”的呢?畢竟任何物質(zhì)進入黑洞的視界范圍后,就像是掉入無底深淵一樣,被強大的時空曲率束縛,同時愛因斯坦也指出,引力效應越強的地方時間的流速會相對于正常區(qū)域更慢。

黑洞的最終命運是什么?

一個物體進入黑洞的視界范圍,就會向著黑洞中心的奇點“跌落”,但是因為時間和空間都在奇點附近扭曲到了極限,所有黑洞才會被叫做“無底深淵”,進入黑洞就像是進入了一個永遠無法抵達盡頭的隧道,越接近奇點,時間的流速就越慢。

問題來了,就算是一個恒星也會被黑洞給吞噬掉,如果黑洞可以永遠存在,恒星的熵和恒星的能量還有信息就等于“憑空消失”了,這顯然不符合人類的物理定律,“信息守恒”是宇宙中的基本定律之一,難道在黑洞面前,人類的理論就這么無力嗎?

黑洞的最終命運是什么?

大家都知道霍金在物理學界很有名氣,但是你知道霍金最出名的理論是什么嗎?霍金的這個理論預言了黑洞的死亡,向人類描述了黑洞的終點——蒸發(fā)掉所有的質(zhì)量,直到消失。

霍金輻射

物理理論認為,宇宙中不存在絕對的真空,在任何一片區(qū)域里,微觀層面的量子漲落一直在反復上演,簡單來說,量子漲落就是在宇宙空間的任何一個位置,短暫的發(fā)生能量變化,這個觀點源自海森堡的“不確定性”原理。

從宏觀的角度去觀察,因為這個能量異常的時間很短暫,所以這個短暫的能量變化不影響宏觀的能量守恒,在短暫的能量漲落中,可能出現(xiàn)“虛粒子”,大部分虛粒子一正一反,正反物質(zhì)相遇就會發(fā)生泯滅,虛粒子也會隨之消失,因此我們才會說不存在絕對真空,真空中總會漲落出能量和粒子,即使它們很快就會消失。

黑洞的最終命運是什么?

在黑洞中,同樣會有虛粒子漲落出現(xiàn),因為黑洞的引力足夠大,可能一對虛粒子還沒有來得及相互抵消就被分開,一個進入黑洞的視界內(nèi)部,一個逃逸了出來,如果憑空出現(xiàn)一個粒子就違反了能量守恒定律,如果黑洞賦予了這個粒子能量就不會違反物理定律,黑洞就會以這樣的方式不斷輻射熱量,直到縮小到一定程度后消失,黑洞內(nèi)的一切會跟隨黑洞一起消失,黑洞也就隨之死亡。

霍金的理論給了黑洞一個結(jié)局,也解釋了掉落進黑洞物體的熵和信息的結(jié)局,就像是融入了一個水池中,最終跟隨這個這種水池中的水一起“蒸發(fā)”掉了,質(zhì)量越小的黑洞丟失質(zhì)量的速度就越快,這一點和恒星恰好相反,較大的恒星丟失質(zhì)量的速度更更快,大質(zhì)量的恒星會快速演化成為一個黑洞,大質(zhì)量的黑洞反而更穩(wěn)定,會減緩自己蒸發(fā)的速度。

黑洞的最終命運是什么?

有理論認為宇宙可能就是在一個巨大的黑洞,畢竟造成宇宙大爆炸的“奇點”和黑洞的中的奇點十分類似,同時黑洞的“視界”范圍會阻止黑洞內(nèi)部的信息流出,但是對于人類來說,宇宙的大小無法想象,至少在現(xiàn)在觀察宇宙在不斷的加速膨脹。

因為黑洞特殊的性質(zhì),人類無法直接觀察黑洞,這就導致了霍金的黑洞蒸發(fā)理論沒有被證實,關(guān)于黑洞的消亡還有一定的討論空間。

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