世界不思議

黑洞的壽命有多長?


很多時候,我們對於黑洞的關注點往往只在於黑洞可以吞噬無窮無盡的物質,以及任何進入黑洞的物質都無法逃脫這兩點上,但理論上黑洞並非鐵公雞,因為霍金輻射的存在,所以黑洞每時每刻都在向外輻射能量,因此對於一個孤立黑洞而言,它顯然是有壽命的。

對於黑洞有壽命這一點,可能很多朋友都難以想像,因為在關於黑洞的大量科普中,往往都將黑洞描述成一個食量無上限的引力怪物(雖然比喻並沒用錯)。然而我想補充一點,雖然黑洞的引力非常強,但精確點來講,引力強的部分只是靠近奇點的區域(這裡以無自轉,不帶電的黑洞為例),也就是說黑洞不會無緣無故把宇宙空間中的物質吸進去,只有那些靠的太近,被黑洞引力控制的物質才難逃厄運。

也就說,宇宙中可能會存在一些黑洞,它們早已將附近的物質都「吃光了」,已經長時間處於不進食狀態。對於這些黑洞,正是我們來介紹黑洞壽命的好例子。

在上世紀七十年代以前,人們普遍認為黑洞就是一個只吃不吐的奇特天體,直到有一天,一位科學家提出了一個想法,他認為黑洞或許存在熵,後來這個想法被霍金知道了,雖然剛開始有些不以為意,因為一旦黑洞有熵,那就得有溫度,溫度則意味著熱輻射,那黑洞得向外吐東西了啊?

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然而這個想法並沒有立即被丟棄,霍金注意到,一旦將量子理論帶入黑洞研究中,這一想法或許可以變成事實(我們得注意一點,在此以前,黑洞作為一個純粹廣義相對論推演出的天體,與量子理論向來是井水不犯河水)。

然而這兩大基礎物理理論的碰撞,誕生了霍金輻射這一偉大的理論結果,簡單來說,霍金輻射就是說黑洞由於自身溫度的存在,它每時每刻都在向外輻射能量,其中黑洞的溫度與自身質量成反比,也就是質量越小的黑洞,溫度越高。

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那麼對於一個孤立的黑洞來講,因為它每時每刻都在消耗能量,但卻又得不到外界物質的補充,因此根據質能方程,這個孤立黑洞的質量勢必會越來越小,也就是說這個黑洞終有一天會在宇宙空間中消失不見(當然了,黑洞本身就是不可見的)。

霍金墓碑上的黑洞溫度公式

然而遺憾的是,對於絕大部分黑洞而言,霍金輻射的程度是極其微弱的,這些黑洞即便現在起再也不吸收外界物質,那它們的壽命長度也遠超宇宙當前的年齡(138億歲)。

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