宇宙的開始和結束: 黑洞是如何死亡的

黑洞

是時空中重力支配的區域：黑洞的引力如此強大，以至於任何東西，甚至光都無法逃脫。它們的大小範圍從

恆星

質量的黑洞，其質量可以從太陽的5到100倍，一直到超大質量的黑洞，它可以超過十億太陽質量。天文學家現在相信超大質量的黑洞隱藏在大多數星系的中心。（這一規則的一個顯著例外是M33，儘管它是我們地方集團的第三大成員，但似乎缺少一箇中央超大質量黑洞。現在，宇宙正處於繁星時代，恆星和星系不斷地誕生。最終，製造這些物體的成分將被耗盡，夜空中的恆星將慢慢消失，留下黑洞作為宇宙中唯一的占卜者。但有一天，即使是黑洞也會消亡。當他們這樣做的時候，這些怪物不會輕輕地進入黑夜。

點選載入圖片

在每個黑洞的最後時刻，一束焰火將照亮宇宙，預示著這個時代的結束。黑洞透過吞食周圍的氣體和恆星而生存下來，而正是它們的暴食把它們趕走了。它們經常被吸積盤所包圍，它們被撕開並吸得很近，就像水在排水溝中旋轉一樣。隨著物質的靠近，它開始越來越快地移動，堆積在黑洞周圍。塵埃之間的摩擦會產生熱量，使吸積盤發光，從而勾勒出黑洞的陰影或它的視界。哈佛大學黑洞研究員、事件地平線望遠鏡主任謝珀德·多爾曼說：“它想要隱藏，但有時它做得很糟糕。”

點選載入圖片

2019年，該望遠鏡拍攝了第一張黑洞照片。除了放出黑洞外，視界也是黑洞死亡的關鍵。穿越黑洞地平線的物質將永遠消失，因為沒有什麼能逃脫這些貪吃的怪物的控制。至少，這就是我們目前對引力的理解。但是這個所謂的不返回點並沒有考慮到量子力學。（物理學家仍在致力於發展統一的量子引力理論。）1974年，斯蒂芬·霍金證明，從量子的角度來看，逃離黑洞是可能的，儘管它非常緩慢。雖然空空間似乎缺乏能量，但事實並非如此——根據量子力學，真空的能量隨著時間的推移略有波動。

點選載入圖片

這些波動表現為一對粒子，粒子和反粒子在整個宇宙中出現或消失。因為能量不能憑空產生，其中一個粒子會有正能量，另一個粒子會產生負能量。這些粒子對通常會立即相互湮滅。但是，如果粒子出現在黑洞視界的邊界上，則負能量粒子有可能落入黑洞，而具有正能量的粒子則會逃逸。然後看來黑洞已經輻射出了一個粒子。愛因斯坦指出，能量和質量與他的方程E=mc2成正比。因此，被遺棄粒子的負能量實際上從黑洞中移除質量，導致它收縮。但不要指望黑洞很快就會消失。

點選載入圖片

黑洞透過霍金輻射將其全部質量以能量的形式丟擲，需要一段令人震驚的長時間。一個超大質量的黑洞需要10100年才能完全消失。探索黑洞本質的耶魯大學研究員普里亞姆瓦達·納塔拉揚說：“宇宙的整個年齡只是它所需時間的一小部分。就我們而言，它是永恆的。”一個黑洞到底活多久，很大程度上取決於它的質量。黑洞越大，蒸發的時間就越長。“從這個意義上說，［黑洞］可以透過生長來欺騙死亡，”多爾曼說。他把這個過程比作沙漏，沙漏頂部的沙子是黑洞留下的時間。

點選載入圖片

透過吞噬更多的恆星和氣體，黑洞繼續向其生命中的沙漏中新增沙子，即使單個粒子不斷地滴出來。“只要周圍有吃的物質，黑洞就能不斷地重置它的時鐘，”多爾曼說。最終，隨著宇宙的老化，黑洞周圍的物質將耗盡，其末日時鐘將開始滴答作響。當黑洞蒸發時，它會慢慢縮小，當它失去質量時，粒子逃逸的速度也會增加，直到所有剩餘的能量同時消失。在黑洞生命的最後十分之一秒，“你將擁有巨大的光和能量，”納塔拉揚說。“幾乎就像一百萬枚核聚變炸彈在一個非常小的空間區域內爆炸。”按照地球的標準，這遠遠超過了所有國家的核武庫。從天文學的角度來說，沒有那麼多。迄今為止記錄到的最強大的超新星（ASSASN-15lh）比黑洞在最後時刻的爆炸要大22萬億倍。不管黑洞有多小或多大，它們的關閉煙火都是完全一樣的。唯一的區別是黑洞需要多長時間才能爆炸。但是一旦一個黑洞吞噬了它的最後一餐，剩下的就是沙粒無情地滾下去，直到什麼都沒有了。