中科院:黑洞会被“撑死”吗?

Roogle 2020-2-21 7042

关于上期:星星为什么会眨眼?文章发布原因,确实我算是理工男,高中理科物理老师是班主任,化学老师是全校最幽默的老师,所以整个高中都不孤单,大学是计算机专业,虽然数学在所有成绩中最差但丝毫不影响我对未知的喜好,之所以发到科技军事区是因为本身作为历史哲学板块去包含这个分类的,现在历史哲学板块已经几乎变成纯粹历史和哲学讨论所以就归类到科技军事区,中科院的网站里有很多科普文,对我们来说还是比较有意思的。


通宵那天晚上半夜上厕所,在院子里看了一会星空🌌,我抬头正好瞥见前方一颗较亮的星星在不断闪烁,又像在像我这个方向移动,好还特意选择一处电线作为参考物,发现确实在移动,但又不是飞机,冥冥中感觉好像那颗星星很特别,而且当时还见到一颗流星从旁边飞过,这运气真好,当时脑子里其实只有一个想法,这个闪闪的星星会不会朝地球在飞,会不会就是朝我飞来的,它上面到底是什么样的,它为什么会闪烁,网上能不能买个望远镜可以观看它,一连串的好奇在我大脑沸腾开来,后来外面太冷我就进屋了,进屋后首先就去百度了为什么星星会闪烁,于是也就有了你们后来看到的那篇贴文,我想给它命名为罗格星(该星星在正南偏西10°亮度并且最亮的一颗,当然大气层环境特殊你们看到的最亮的不一定是它。),昨天晚上和今天晚上我都没有看到那颗星星了,有点想它,不知道它过得好不好,会不会被黑洞给吞噬了,所以我们来看看今天的文章黑洞会被“撑死”吗?


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图片来源:123rf.com.cn正版图库


黑洞最后会怎样结束?这是一个很好的科学问题。


我们知道,恒星的生命并不是无限长的,最终都会变成其它天体。比如在大约50亿年之后,我们熟悉的太阳将从恒星变成红巨星。但是宇宙中有些天体如果不管它,让它自生自灭,它可能真的会一直存在下去,比如恒星演化到最后能够形成的白矮星和中子星,绝大部分都会一直存在下去,目前不知道有什么机制会让它们自己消失或者变成别的天体。


但是黑洞还真是很不同。


首先我们看看真实的宇宙中都有哪些,以及会有哪些黑洞?


目前天文学家们已经发现的黑洞主要有两类。


一类是质量在几倍到几十倍太阳质量的黑洞,算是质量比较小的黑洞了,它们基本上都是大质量恒星演化到最后的结果。这种黑洞在每个星系里面都有,比如在银河系里就有很多,我本人还发现了其中一个特别重要的黑洞——GRO J1655-40,这个黑洞的质量在6-7倍太阳质量之间,它不是孤独存在的,而是和一个普通恒星组成了一个双星系统。天文学家们已经在银河系发现了几十个这个量级质量的黑洞,但是应该还有大量尚未被发现的,我本人担任首席科学家的慧眼天文卫星的任务之一,就是研究这种黑洞和发现更多的这种类型的黑洞。


另一类是差不多每一个星系中心都有的超大质量黑洞,它们的质量在百万到百亿倍太阳质量之间。我们的银河系中心就有一个质量是4百万倍的太阳质量的黑洞,属于这种黑洞中质量较小的。这些巨大的黑洞一开始是怎么产生的还不是很清楚(这句很有意思,希望大家有懂的可以在评论区解释一下,记得备注解释依据),但是它们肯定是通过吞噬所在星系里面的物质长大的。


一些观测证据表明,应该还存在介于上述两种黑洞质量之间的黑洞,但是目前已有的证据还不是特别充分,所以也不是很清楚它们的来源。


上面提到的这些黑洞都是宏观黑洞,根据我们目前的理解,它们的未来只有一个方向:宏观黑洞会继续吞噬能够遇到的任何物质和能量,长得越来越大;然而在体积越来越大的同时,它们的平均密度会越来越小,也就是说它们会变得越来越虚胖

 


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图片来源:《星际穿越》官方剧照


1974年,物理学家史蒂芬·霍金提出了黑洞的辐射理论,即霍金辐射。根据这个理论,黑洞会通过霍金辐射损失一部分质量和能量。虽然霍金辐射会让它们“冒汗”,但是消耗的量远远比不上它们贪吃的量,所以也就根本无法减肥


事实上,宇宙中的所有物质最后都可能落入到这些贪吃的黑洞的内部,到那时候,宇宙中就真的是漆黑一片了。


有没有可能避免宇宙变成这样?答案是“不知道”。几年前我提出了一个猜想,如果这个猜想是正确的,我们的宇宙可能还有救!当然这是另外一个有趣的问题了,这里不再解释。


除了这些宏观黑洞之外,宇宙大爆炸的过程中也可能产生质量比较小的量子黑洞(质量通常比一座山小),这些黑洞就能够产生比较强烈的霍金辐射,使得黑洞的消耗大于其贪吃的量。当然前提是假设霍金辐射的理论是正确的。根据标准的霍金辐射理论,这些量子黑洞的辐射会导致黑洞质量减少的同时温度升高,辐射效率就更高,于是到最后就演变成质量非常小温度非常高,这就是一个爆炸。所以量子黑洞是自我毁灭的黑洞。


但是有些人(包括我本人和我的学生杨荣佳,他现在是河北大学的教授)认为霍金的黑洞辐射理论不完备,提出了修改的黑洞辐射理论,这样量子黑洞辐射到最后不会爆炸,而是形成一个不是黑洞的稳定粒子,其质量就是普朗克质量,约为质子质量的1000亿亿倍,也就是10万分之一克,大约一粒灰尘的质量。而这样的粒子有可能就是我们目前正在搜寻的暗物质粒子。


目前,不管是霍金的标准黑洞蒸发理论还是修改的理论都还没有得到观测或者实验的验证,所以我们既不知道量子黑洞是否存在,也不知道量子黑洞最后的结局是什么


本文转摘自:http://wls.iphy.ac.cn/emagazine/news.php?id=24608

作者:张双南,中科院高能所研究员


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上面的动图你如果仔细看,就会觉得宇宙太神奇也太可怕了,关于量子黑洞我改天再找一篇文章来说明。

🐏阳了
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