黑洞蒸發完之後是什麼?

時間史



自從卡爾史瓦西在愛因斯坦引力場方程中發現黑洞的存在之後,科學家一直以為黑洞的壽命是無限的,因為它的引力場連最快的光都逃不出去,自然也就不會發生質量流失,所以當時的科學界認為黑洞是一個只進不出的天體,認為它的壽命是無限的。

但偉大的物理學家霍金在1974年提出來“黑洞輻射”理論,霍金根據量子力學預測黑洞在吞噬物質的同時也會向外發出輻射,而輻射會讓黑洞的質量流失,這樣一來黑洞就會慢慢“蒸發”掉,這種現象被成為霍金輻射,也是霍金最著名的理論,儘管還沒有得到證實。


根據量子力學的不確定性原理,宇宙空間中會隨機產生正反粒子湮滅的現象,如果這種現象發生在黑洞表面,那麼當正反粒子中的一個被黑洞吞噬之後,另一個粒子擁有質量進而逃逸出黑洞,但是質量和能力都不能憑空產生,所以粒子逃出黑洞的質量和能量都是從黑洞那裡“搶來的”

霍金輻射導致了黑洞的壽命不斷消失,但這種消失速度和黑洞本身的質量也有很大關係,宇宙中的黑洞質量最小都是太陽的數倍,最大的可達太陽的上億倍,而質量越大的黑洞霍金輻射反而越弱,所以宇宙中的黑洞壽命都在幾百億年甚至上萬億年,而超大質量黑洞完全蒸發完畢需要10∧90年,當超大質量黑洞也蒸發完畢後,大熱寂就是宇宙的終點。


介於黑洞的壽命,人類有生之年是不大可能看到一個黑洞正常蒸發完畢的,但是未來人類可以利用粒子加速器製造小型黑洞,進而研究它的蒸發歷程,因為小型黑洞的霍金輻射都十分強烈,往往在產生的一瞬間就會被蒸發,就像水被蒸發一樣。


宇宙探索未解之迷


答:黑洞蒸發完後,就什麼都沒有了,全部轉化為之前的輻射物質。


黑洞蒸發理論,是霍金在1972年提出來關於黑洞的理論;在廣義相對論中,黑洞視界只進不出,但是霍金通過量子力學發現,在黑洞視界處因為量子漲落導致的虛粒子對,會使黑洞向外輻射出正能粒子。

正能粒子有可能逃脫黑洞的引力,這些粒子可以為光子、中子等等,黑洞這種輻射正能粒子的現象,被稱為“霍金輻射”。


通過計算發現,黑洞的輻射溫度和黑洞質量成反比,也就是說質量越大的黑洞,輻射溫度越低,比如:

(1)10億噸質量的黑洞,輻射溫度約1萬億度;

(2)月球質量大小的黑洞,輻射溫度約1.7K;

(3)太陽質量大小的黑洞,輻射溫度只有6*10^-8K;

而人類發現的黑洞,質量最小的都是太陽質量的好幾倍,這麼低的輻射溫度,已經完全淹沒在宇宙背景輻射之中(2.7K),沒有任何儀器能檢測到。

目前,霍金輻射還未被證實,所以還算是猜想,不過科學界已經基本認同了這個觀點。


黑洞在輻射正能粒子後會損失質量,使得黑洞的質量越來越低,如果黑洞的輻射溫度比宇宙背景輻射溫度低的話,黑洞將可以從宇宙背景輻射中吸收能量,使得“吸入”始終大於“支出”。

所以,只有那些小質量黑洞,才會很快損失質量;比如十億噸質量的黑洞,壽命是100多億年,太陽質量大小的黑洞,理論壽命將達到10^65年。

小質量黑洞一旦因輻射損失完質量,那麼黑洞就會徹底消失,黑洞的質量也就徹底轉化為輻射物質的質量。


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黑洞形成主要由兩種方式,一種是大質量恆星在燃料耗盡後,發生重力坍縮形成。這種黑洞由於受恆星本身質量的上限(約150倍太陽質量)和超新星爆發損失的大部分質量所影響,質量不會太大。第二種是在宇宙剛誕生時由於空間物質的密集和高壓,大質量的星雲甚至沒有形成恆星就直接坍縮成了黑洞,這種黑洞的質量可以很大,也可以很小,甚至不受奧本海默極限的限制(可以小於三倍太陽質量)。

上過世紀70年代以前,科學家一直以為黑洞就是一個只吃不拉的貔貅,霍金改變了人們的這個觀點。霍金創造性的將量子力學與廣義相對論結合起來對黑洞進行研究發現,黑洞會蒸發質量。

由於海森堡不確定性原理,真空是不可能存在的,它會隨機的產生許多粒子-反粒子對,產生的同時又湮滅了。在宏觀上來看,並沒有質量產生。但如果這對粒子出現在黑洞視界的表面,其中一個粒子可能會被黑洞吞噬。這樣,另一個粒子就會被提升為有質量的粒子並逃逸掉。由於能量守恆,質量不可能無緣無故的產生,所以,逃掉的粒子的質量實際上是黑洞賦予的。這就是霍金輻射。

圖:霍金輻射

霍金輻射十分的微弱,一個只有太陽質量的黑洞表面的溫度都只有60納開,遠低於2.7開的宇宙背景輻射,所以,只要宇宙沒冷卻到低於60納開的溫度,它的質量就不會減小。這樣,一個太陽質量的黑洞蒸發就需要10∧58年來蒸發0.0000001%的質量。但黑洞越小,表面溫度越高,月球質量的黑洞表面溫度與宇宙背景輻射差不多,所以它不會變大也不會變小;一個量子黑洞的溫度可以高達上千萬度,在它產生的瞬間就被蒸發完了。這就是一些質量較小的太初黑洞消失的原因。

被霍金輻射蒸發完的黑洞不會形成什麼天體,就如同水被太陽烤乾一樣,什麼都不會剩下。根據宇宙終結理論之一的熱寂說,超大質量的黑洞的蒸發完畢也就意味宇宙的終結~差不多要10∧90年。所以,不用擔心,人類應該在這之前早就滅絕了。


講科學堂


黑洞有沒有,我們理解是燒炭作用,柴禾燒完了剩點灰燼,這始終是我們的樸素規則。我認為,黑洞是宇宙運轉產生的類似地球的颱風風眼,沒有什麼,也不存在蟲洞的穿越。我們就在這裡,宇宙何其大,我們根本掌握不了。所以一切科學都到了盡頭,我們掌握的是自生自滅和諧相處,關於醫學能治病更是扯淡而已


港灣103229591


黑洞和白洞共存的,白洞裡物質被黑洞吸人變成另一種物質從黑洞跑出,宇宙中永遠地演變著。


吾聖說宇宙


黑洞蒸發完以後是壽命的黑暗迷宮


華北五角楓


黑洞無法理解不成立蟲洞偽科學?


15周光華


黑洞不是一個洞,而是一個天體,它的密度無限大,你可以認為它的中心內核是一個奇硬無比的圓球正在吞噬周邊一切物質增長自己體量,因為恐怖的引力關係,讓它身邊的光都被彎曲,所以它的周圍貌似一片漆黑圓洞,事實上它本身也發熱發光,只不過光線無法直射出來


毒聚一方


按現有桓行星塌陷理論不足以形成太陽系。銀河系發生整體脈衝時,我們的太陽是分體的,金星現有的小不點,不足以木星對抗…


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