黑洞的最终命运是什么?
“黑洞”是宇宙中最“可怕”的天体,因为任何物质和能量在进入黑洞的“视界”范围后,就会被黑洞强大的引力吞噬,再也无法逃脱。爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞的存在,可是就连爱因斯坦本人都不太相信宇宙中真的存在这样神奇的天体。
黑洞的本质是物理学中的“奇点”,一个存在而又不存在的点,这个点附近的时空曲率无限高,造成了吞噬一切的假象,黑洞的奇点和造成宇宙大爆炸的奇点有一定差距,科学家可以间接测出黑洞的质量,却永远无法知道第一个奇点的质量,造成宇宙大爆炸的奇点质量无穷大,密度无穷大,体积无限小,热量无限高,任何物理理论在这个奇点面前都会失效。
一个大质量的恒星或者是两个中子星合并时,超高的物质密度会促使黑洞诞生,任何物质的半径小于史瓦西半径时,就会产生一个奇点,理论上只要把一个存在质量的物质无限压缩,它就会变成黑洞,但是因为条件十分苛刻,在宇宙中也只有超大质量的恒星演化会产生黑洞。
那么问题来了,黑洞如此可怕,它的存在是否是“永恒”的呢?毕竟任何物质进入黑洞的视界范围后,就像是掉入无底深渊一样,被强大的时空曲率束缚,同时爱因斯坦也指出,引力效应越强的地方时间的流速会相对于正常区域更慢。
一个物体进入黑洞的视界范围,就会向着黑洞中心的奇点“跌落”,但是因为时间和空间都在奇点附近扭曲到了极限,所有黑洞才会被叫做“无底深渊”,进入黑洞就像是进入了一个永远无法抵达尽头的隧道,越接近奇点,时间的流速就越慢。
问题来了,就算是一个恒星也会被黑洞给吞噬掉,如果黑洞可以永远存在,恒星的熵和恒星的能量还有信息就等于“凭空消失”了,这显然不符合人类的物理定律,“信息守恒”是宇宙中的基本定律之一,难道在黑洞面前,人类的理论就这么无力吗?
大家都知道霍金在物理学界很有名气,但是你知道霍金最出名的理论是什么吗?霍金的这个理论预言了黑洞的死亡,向人类描述了黑洞的终点——蒸发掉所有的质量,直到消失。
霍金辐射
物理理论认为,宇宙中不存在绝对的真空,在任何一片区域里,微观层面的量子涨落一直在反复上演,简单来说,量子涨落就是在宇宙空间的任何一个位置,短暂的发生能量变化,这个观点源自海森堡的“不确定性”原理。
从宏观的角度去观察,因为这个能量异常的时间很短暂,所以这个短暂的能量变化不影响宏观的能量守恒,在短暂的能量涨落中,可能出现“虚粒子”,大部分虚粒子一正一反,正反物质相遇就会发生泯灭,虚粒子也会随之消失,因此我们才会说不存在绝对真空,真空中总会涨落出能量和粒子,即使它们很快就会消失。
在黑洞中,同样会有虚粒子涨落出现,因为黑洞的引力足够大,可能一对虚粒子还没有来得及相互抵消就被分开,一个进入黑洞的视界内部,一个逃逸了出来,如果凭空出现一个粒子就违反了能量守恒定律,如果黑洞赋予了这个粒子能量就不会违反物理定律,黑洞就会以这样的方式不断辐射热量,直到缩小到一定程度后消失,黑洞内的一切会跟随黑洞一起消失,黑洞也就随之死亡。
霍金的理论给了黑洞一个结局,也解释了掉落进黑洞物体的熵和信息的结局,就像是融入了一个水池中,最终跟随这个这种水池中的水一起“蒸发”掉了,质量越小的黑洞丢失质量的速度就越快,这一点和恒星恰好相反,较大的恒星丢失质量的速度更更快,大质量的恒星会快速演化成为一个黑洞,大质量的黑洞反而更稳定,会减缓自己蒸发的速度。
有理论认为宇宙可能就是在一个巨大的黑洞,毕竟造成宇宙大爆炸的“奇点”和黑洞的中的奇点十分类似,同时黑洞的“视界”范围会阻止黑洞内部的信息流出,但是对于人类来说,宇宙的大小无法想象,至少在现在观察宇宙在不断的加速膨胀。
因为黑洞特殊的性质,人类无法直接观察黑洞,这就导致了霍金的黑洞蒸发理论没有被证实,关于黑洞的消亡还有一定的讨论空间。