黑洞会灭亡吗(黑洞会死亡吗)

万物最终都会消亡。而黑洞——巨大的隐藏在黑暗中的虚空——又怎能是例外呢？首先，黑洞并不如其字面意义那样是全黑的。其次，黑洞确实会消亡，但它们的消亡通常会伴随着辉煌的烈焰。通过数百万年甚至数十亿年的热辐

万物最终都会消亡。

而黑洞——巨大的隐藏在黑暗中的虚空——又怎能是例外呢？

首先，黑洞并不如其字面意义那样是全黑的。其次，黑洞确实会消亡，但它们的消亡通常会伴随着辉煌的烈焰。

通过数百万年甚至数十亿年的热辐射，黑洞的质量会逐渐减少，直到什么都不剩。这个热辐射的过程就是我们所说的霍金辐射。

图解:艺术家创作的霍金辐射的概念图（图源：cosmicvue/ fotolia）

等一等……啥？

黑洞不是应该吸收掉周围所有的物质和电磁辐射吗？为什么会突然放射？它吃撑了吗？

此情此景如果只运用经典物理学来解惑，那么答案很简单——是的，黑洞吃撑了。但从量子层面出发，我们获得的结果会有所不同。

什么是黑体辐射？

黑体可以吸收所有的射向它们的辐射并将其重新辐射到外界，而这些被重新发射出来的辐射就是黑体辐射。黑体辐射的强度和黑体的温度成正比。由于热能在物体上有平均分布的特性，一个物体质量越大，它的整体温度就会越低。

因此，可以说只有小质量的黑体才会有足够高的温度温来释放出可观的辐射。

那么黑洞和黑体又有什么关系呢？

我们可能都知道，黑洞有着巨大无比的引力。通常来说，黑洞的引力大到没有任何东西可以逃脱它的把控，电磁辐射也不行。

而当我们离黑洞越来越远时，引力效应也会越来越弱。这时我们就要用到量子物理学来研究无质量的小粒子，这样引力的影响就可以忽略不计。黑体辐射就是由于量子效应产生的。

燃烧着的煤炭、太阳和其他所有可以自发电磁辐射的物体都不是理想黑体（图源：Pixabay）

量子理论

在需要考虑引力的时候，量子理论通常都会被忽略不计，但霍金发现，在黑洞的事件视界（一个一旦越过便无法返回的边界，即大质量物体产生的巨大引力使得逃逸不可能发生），量子波动会产生虚粒子（虚粒子会呈现某些正常粒子的特性，但其存在受不确定性原理的限制，在后文会对此浅析）。而这些虚粒子则会产生霍金辐射。

图解:三维模拟的量子波动（图源：Ahmed Neutron/Wikimedia Commons）

量子物理学指出真空并不是什么都没有的虚空。

这可能很难理解，但由于不确定性原理，粒子与反粒子会成对的在真空中反复出现消失，嗡嗡作响。

图解:海森堡的不确定性原理

德国的理论物理学家海森堡提出的突破性的不确定性原理指出，对于一个质量可以忽略不计的微观粒子，我们不可能同时精确地测量出它的位置和动量。现代量子物理学就是建立在这个基础之上。

这个理论对我们又有什么帮助呢？

当然有。

图解:玻尔关于量子的名言

从虚拟到现实

海森堡的不确定性原理证实了虚粒子的存在，即使不能被直接观测到，它们完全可以存在于量子物理学的各个方面。

为了维持空间的稳定性，虚粒子以正能量和负能量粒子成对地出现（即粒子与反粒子），它们的以指数级速度出现又消失。

那它

们什么时候会变成真实的粒子呢？

举个例子，当一对粒子中的一个离事件视界够近并被吸入，而另一个粒子逃逸的时候，这个逃逸的粒子同时也摆脱了其湮灭的命运。此时，这个逃逸的虚粒子就变成了真实粒子。因为逃逸的真实粒子不能拥有负能量，根据能量守恒定律，被吸入的粒子必须是负能量的反粒子。

所以，霍金辐射就是指正粒子的逃逸。当物体表面反射光或它们自身发出辐射时，我们就能感知到物体。同理，黑洞也会因霍金辐射而略微发光，这就是为什么我们说黑洞并不是全黑的。

黑洞的蒸发

在了解了黑洞并不是全黑的之后，我们来谈谈黑洞的质量是如何减少的。

如果说逃逸的粒子使黑洞变得“不那么黑”，那么黑洞减少的质量必然与它吸入的负粒子有关。

这些负粒子的质量也是负的。尽管听起来很不现实，负质量通过发射光子降低了黑洞的总动能。负质量的表现与经典质量或者说是惯性质量相反，与正质量不同，它们与所有其他形式的质量都相斥。

图解:粒子和反粒子的习性（图源：Francrotte/Wikimedia Commons）

总结

在知道了黑洞会如何消亡后，请允许我再补充一下，要去证实霍金的假设恐怕是不可能的。

这是因为理论上存在于宇宙中的大质量黑洞都具有极低的温度。正如前文所说，黑体的辐射依赖于黑体的温度，而低强度的辐射很难被观测到。黑洞本身是一个大质量小体积的存在，根据天体物理学的推理，小质量的黑洞准确说来应该是不存在的！

天文学家们于4月10日首次公布了这些吞噬恒星的怪物的照片，这些怪物分散在宇宙各处，被无法逾越的重力屏障所遮蔽。图像中，黑色的核心被橙焰色的等离子体和气体光圈包围着，看起来与任何艺术家的效果图都截然不同，令普通群众大为沮丧。但这次是真的。一组射电望远镜将这个超大质量的黑洞永久地记录了下来。它在一个名为M87的星系中，距我们有5350万光年，质量约为太阳的65亿倍，可以装下整个太阳系。

图解:黑洞本身（图源：Event Horizon Telescope/Wikimedia Commons）

你并不是唯一一个对拍到的照片不满意的人。

但让我来告诉你，要得到这个分辨率的图像，我们需要一架地球大小的望远镜，而这是不切实际的。科学家们使用了8架遍布全球的望远镜来同时观测黑洞放射的无线电波。在地球旋转的同时将捕获到的图像重叠，就可以模拟出地球大小的望远镜所观测的结果。但M87里的黑洞并不是科学家们观察到的唯一一个黑洞，26000光年之外，身处于银河系中心的人马座A*也在被观测。虽然距离更近，但这个黑洞的质量只有太阳的400万倍，也没有那么活跃，因此用望远镜完全地观测它还需要一阵子。

由于黑洞的巨大规模，观测霍金辐射本应是不切实际的，但是就最近的趋势来看，更多的发现指日可待。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.Dev Lunawat- Taroro

Georgia State University

University Of California, Riverside

Scholarpedia

Science

The Review

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处