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  • 黑洞的寿命有多长,最后会变成什么?

    茶室书香 2019-10-18 22:40
  • 黑洞会不断地吸取周围物质,同时也会通过黑洞蒸发(霍金辐射)损失质量,但是大质量黑洞的霍金辐射是非常缓慢的,寿命远比我们宇宙年龄长,比如太阳质量的黑洞,理论寿命达到了10^65年。

    在相对论中,黑洞被描述为只进不出的奇异天体,如果考虑量子力学效应,其实黑洞并非只进不出,在黑洞视界的地方会因为量子涨落产生虚粒子对,使得黑洞向外辐射正能量粒子(比如光子、中微子,中子等等),这种现象叫做霍金辐射。

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    在霍金辐射还没有提出以前,量子力学中存在一个非常大的谜团——“黑洞信息悖论”,因为如果黑洞只进不出,那么进入黑洞的物质携带信息完全消失了,这是违背信息守恒定律的,当时也有一些科学家坚持认为黑洞强大的引力足以让信息守恒定律失效。

    直到霍金提出黑洞蒸发理论,才彻底解决了这个问题,其实进入黑洞的物质携带的信息并未消失,而是通过霍金蒸发释放出来,信息守恒定律对黑洞也成立。

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    根据黑洞蒸发理论,每颗黑洞都存在一个辐射温度,辐射温度与黑洞质量成反比,质量越小的黑洞,辐射温度越高,对应的蒸发寿命越短,比如:

    (1)十亿吨大小的黑洞,对应的史瓦西半径只有原子核大小,辐射温度高达1万亿度,蒸发寿命大约是100亿年。

    (2)月球质量大小的黑洞,辐射温度只有1.7K,比宇宙背景辐射温度2.7K还低。

    (3)太阳质量大小的黑洞,辐射温度只有6*10^-8K,寿命更是高达10^65年数量级。

    对于恒星坍塌形成的黑洞,理论上质量都大于3倍太阳质量,辐射温度非常低,寿命远比我们宇宙年龄长;目前我们宇宙的背景辐射温度是2.7K,对于绝大部分黑洞来说,可以直接从宇宙背景辐射中吸收能量,于是这些黑洞的质量只会增加不会降低。

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    在宇宙大爆炸之初,也许形成了许多原初黑洞,原初黑洞的质量很小,这些黑洞的辐射温度非常高,寿命很短,但是原初黑洞只是理论中的假设,目前天文学家还从未发现小质量黑洞的存在。

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