10的100次方年後：最後一個黑洞將消失

《10 ^ 100年後最後一個黑洞將消失》恕小編無能不能用中國話來描述10 ^ 100年（1X10^100）到是多少啊？誰知道來評論區說說唄？

首先與此相比來說個小數據：

0、最後一個黑洞還能活N（10 ^ 100）歲

1、太陽的壽命為100億（10^ 10）歲（現在只剩50億年壽命了）

2、宇宙的年齡為138億（1.38X10^ 10）歲（當然在黑洞消失前宇宙還是存在的或者說是永久的）

3、地球誕生了46億（4.6X10^ 9）年（或將消亡於太陽結束時）

4、地球生命誕生36（3.6X10^ 9）億年（再繼續的時間難以預測）

5、植物壽命多為數百歲，動物壽命多為數十歲

6、人類現在世界平均壽命70歲

然後我們來比一下最後一個黑洞現在已存在的時間+未來10 ^ 100年壽命（如果這個黑洞是未來才誕生的那將不加），是多麼的微不足道啊…我好想變成這個黑洞啊~(≧≦)/~啦啦啦

下面我們開始正文《黑洞的生長速度比它蒸發的快嗎？》

【博科園-科學科普】黑洞是已知宇宙中質量最大的單一天體，有些甚至是幾百萬倍甚至數十億倍太陽的質量。它們是由超大恆星和它們的殘體坍縮形成的。任何跨越視界的東西都註定要到達奇點，增加黑洞的質量。廣義相對論告訴我們空間是如何被質量彎曲的，而量子場理論告訴我們真空是如何自發地運動的，我們知道黑洞不會永遠保持穩定，而是衰減。哪一個會贏：增長還是衰減？

黑洞的質量是事件視界半徑的唯一決定因素，因為這個模擬說明了一個非旋轉的孤立的黑洞。圖片版權：SXS team; Bohn et al 2015

想知道為什麼黑洞不會因為霍金輻射而蒸發得更快。如果粒子對在太空中到處爆發，包括內部（黑洞）事件視界，並不是所有的粒子都在不久後湮滅，為什麼一個（黑洞）不會因為未被湮滅的粒子而緩慢膨脹？

然而這裡有一個誤解，現在讓我們一起來解讀。

GIF/1.8M

QCD的可視化說明了粒子/反粒子對在量子真空中是如何在很小的時間內跳出來的，這是海森堡不確定性的結果。圖片版權：Derek B. Leinweber

空的空間是一個有趣的地方。在很多方面它一點也不空！當然你可以想像把所有的物質，所有的輻射，所有的能量，甚至所有的曲率都完全脫離空間的區域，直到所有剩下的都接近於「沒有」東西，就像我們在宇宙中所能得到的一樣。然而即使這樣真空的零點能量也不為零。即使你把所有的東西都拿走了，空間本身仍然存在著一種非零的能量。我們可以將其形象化的一種方式是粒子-反粒子對出現在存在其中。

現在用同樣的方法，在那個空間放一個黑洞。

粒子-反粒子對存在於黑洞的事件視界內外持續存在。當一個由外部創建的對有一個成員出現時，那就是事情變得有趣的時候。圖片版權：Ulf Leonhardt of the University of St. Andrews

在三個區域這些粒子-反粒子對出現：

1、兩個粒子從黑洞外開始存在並在外面重新湮滅。

2、兩個粒子從黑洞的視界開始存在並在內部重新湮滅。

3、兩個粒子都從外面開始，但另一個將逃走。

或許這過於簡單化了，但它是最直觀的視覺化方法之一，即使它不能準確地描述霍金輻射的來源，或者它的能量譜是什麼。在現實中你所得到的是黑體輻射的光譜——主要是極低能量的光子，這與黑洞視界的大小有關，在黑洞的視界上，較小的黑洞輻射得更快。

霍金輻射是量子物理學在黑洞視界周圍彎曲時空中預測的必然結果。這張圖顯示的是在視界外產生輻射的能量，也就是說黑洞必須失去質量來補償。圖片版權：E. Siegel

你必須意識到的是這些「配對」實際上並不存在；他們只計算工具。黑洞內存在的一對黑洞本身不能增加質量，因為總能量在任何時候都是一樣的。畢竟粒子-反粒子對的能量來自於它周圍的空間，但如果你有來自外部空間的能量，它會導致真正的輻射遠離黑洞，能量必須來自黑洞本身，降低質量。這就是霍金輻射工作的原理，這也是黑洞最終衰減的原因。

黑洞的視界是一個球形或球狀的區域，從那裡什麼都沒有，甚至沒有光。但在視界之外，黑洞被預測會發出輻射。圖片版權：NASA; J?rn Wilms (Tübingen) et al.; ESA

我們可以量化衰變的速度和輻射的溫度，然後發現黑洞以極慢的速度失去質量！太陽質量的黑洞，霍金輻射的當前溫度將達到62毫微開爾文並將需要10 ^ 67年蒸發。在我們的銀河系中心輻射在15毫微微開爾文 10 ^ 87年蒸發。最大的黑洞將10 ^ 100年蒸發！然而在整個過程中也有物質被吸入黑洞。

黑洞不是太空中孤立的物體，而是存在於宇宙、星系和恆星系統的物質和能量中。它們的生長是通過吸積和吞噬物質和能量來加速成長的，比從霍金輻射中失去能量更快。圖片版權：NASA/ESA Hubble Space Telescope collaboration

來自其他恆星的物質、宇宙塵埃、星際物質、氣體雲、甚至從大爆炸遺留下來的輻射和中微子都可以貢獻出來。暗物質會與黑洞碰撞，同時也會增加它的質量。是輻射損失的質量當量的許多數量級，比任何此類黑洞吸收的物質量低。但是,可以被吸收的問題是有限度的。

隨著時間的推移,氣體被燃燒成恆星，坍塌的物體被噴射到星系際介質中，引力離解將物體分開。它可能需要大約 10 ^ 20 年的某處-100億倍宇宙的當前年齡-為物質吸收率下落在霍金輻射率之下，但它最終將發生一旦這樣黑洞衰減將開始贏得勝利。今天我們所知道的宇宙中的每個黑洞仍然在增長，但是這種增長將達到一個有限的最大值。之後霍金的輻射將會勝利。

當黑洞在質量和半徑上收縮時，霍金輻射就會在溫度和能量上變得越來越大。一旦衰變速率超過了生長速率，霍金輻射只會增加溫度和能量。圖片版權：NASA

它開始緩慢,但霍金輻射將增加隨著時間的推移，特別是當黑洞的質量開始明顯萎縮。一旦形成了一個奇點仍然是一個奇點所保持一個事件視界，直到質量趨於零的那一刻。然而黑洞生命的最後一秒, 將導致一個非常具體和非常大的能量釋放。當質量下降到228公噸時，這就是準確的信號，確切說的一秒鐘仍然存在。事件視界大小將是3.4 x 10 ^-22 米，一個波長的光子的大小比任何粒子的 LHC 所產生的能量更大。但在最後一秒總共 2.05 x 10 ^ 22 焦耳的能量,相當於500萬噸 TNT被釋放。就好像100萬枚核聚變炸彈在一個狹小的空間區域中同時爆炸，這是黑洞蒸發的最後階段。

在永恆黑暗的永恆的背景下一束光將會出現，宇宙中最後一個黑洞的蒸發。圖片版權：ortega-pictures / pixabay

這將發生在未來（約10 ^ 100年後）這樣一束光將成為整個宇宙中唯一可見的東西。所有的恆星和恆星殘骸都將在黑暗中消失很久。即使今天黑洞的生長速度比它們衰變的速度快，但這種情況不會永遠持續下去。一旦我們用完不掉的物質或者速率下降到霍金輻射的速度之下，衰變是剩下的唯一的東西，而且它是非常持久的。黑洞會在它們開始正衰減之前生長，直到它們開始衰減的速度比它們生長的速度還要快，甚至在它們消失之前，它們還有難以置信的質量。即使是宇宙中最大規模的黑洞也會蒸發。霍金輻射是宇宙中每個黑洞不可避免的命運。（博科園-科學科普）

作者：Ethan Siegel

來自：forbes

編譯：中子星

審校：博科園

點擊展開全文

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！