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解讀神秘的黑洞:你知道黑洞蒸發完需要多久嗎?難以想象的漫長

2024-02-01 18:51:25


黑洞,神秘的天體,通常情況下是大質量恆星在走向死亡的過程中向內急劇坍縮形成的。從這點上來講,黑洞就是恆星的“墳墓”。

愛因斯坦的廣義相對論預言了黑洞的存在,最近幾十年,天文學家透過各種方法試圖找到黑洞的存在。

終於,在3年前的2019年,天文學家們終於拍攝到了黑洞的首張照片。人們對黑洞的瞭解又進了一步。

目前的觀點認為,當你靠近黑洞,無限接近黑洞的事件視界時,你將永遠沒有了回頭路,不可能再返回現實世界。同時如果我在很遠的地方觀察你,會看到你的時間流逝速度越來越慢,最終你會停留在黑洞的事件視界,也就是說,關於你的所有資訊都被編碼在了一個二維面上:黑洞的事件視界。

那麼,如果早遙遠的某天,黑洞消失了,關於你的所有資訊也資訊也消失不見了嗎?

有一點是肯定的:宇宙萬物從來沒有永恆的存在。哪怕是浩瀚的宇宙在極其遙遠的某天也會走向終結。時間箭頭會一直向前,隨著宇宙膨脹速度越來越快,暗能量的主導地位也越來越強,宇宙萬物最終都會完全被撕裂,走向滅亡。

科學家們預言,黑洞會是宇宙中最後存在的天體,當所有黑洞蒸發完畢之後,也就意味著宇宙的終結。

那麼,黑洞是如何蒸發的呢?一個黑洞蒸發完畢需要多長時間呢?

這取決於黑洞的質量,科學家們預計,在大約10的67次方年到10的100次方年之後,所有黑洞都會因為霍金輻射蒸發完畢。

下面詳細講述一下黑洞蒸發的過程。

先做個思想實驗,你能想象出一個完全“空白”的空間嗎?這個空間裡面什麼都沒有。

在這樣的空間裡,所有的物質,能量,輻射,各種電磁場,中微子等等都要統統消失,不然就不會是完全空白。

同時,我們還必須保證這樣的空間不會受到任何形式的影響,哪怕是最微弱的引力影響也不能有,當然更不能有任何形式的電磁場。

這樣的空間只能存在於我們的想象中,現實中我們根本製造不出這樣的空間,哪怕再微小也做不到。因為我們本身就是空間的一部分,就要受到大自然的法則約束。

但是,問題出現了:就算你真的製造出這樣完全空白的空間,你也會驚訝地發現完全不是你想象的那樣。

你會發現所謂的“完全空白的空間”並不是真的“什麼都沒有”,甚至恰恰相反,在那樣的空間裡“非常熱鬧”:根據量子力學的不確定性,量子物理仍舊存在,在不確定的時刻和位置,隨機上演著能量的起伏,就像沸騰的海洋一樣。

也就是說,即使你創造出了完全空白的空間,這個空間的能量也不是零!各種虛粒子對會隨機衍生出來,然後瞬間消失。這個過程一直在“真空”中上演。只要這個衍生然後消失的過程足夠短,就不違反大自然法則。具體來講,只要只要衍生出來的能量和持續的時間兩者的乘積滿足一個公式,就可以了。

現在回到黑洞的事件視界。在黑洞事件視界附近,上述所說的虛粒子對同樣不斷上演著衍生和湮滅的過程。但是偶爾也會出現這樣的情況:某個虛粒子偶然會越過事件視界,然後被黑洞吞噬,而與之對應的另一個虛粒子則逃之夭夭,從外界來看就像是黑洞正在蒸發能量。

這就是霍金輻射。根據能量守恆,只要上述的偶然事件持續發生(只要時間足夠長,肯定會持續發生),終有一天黑洞會因為霍金輻射而蒸發完畢。

或許你已經感覺到了什麼。沒錯,霍金輻射的過程是非常非常緩慢的,尤其是相對於黑洞這樣質量龐大的天體,霍金輻射的影響微乎其微。但架不住時間一直向前,只要時間足夠長,哪怕是質量龐大的黑洞,也扛不住能量的一點點蒸發。

大質量的黑洞蒸發完畢需要10的100次方年,無法想象這是多麼漫長的時間,更無法想象所有黑洞蒸發完畢之後會留下怎樣的宇宙!

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