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地球會被黑洞吞滅嗎?

黑洞是什麼?

很多人好奇黑洞是不是就是一個空的什麼都沒有的洞,其實非也。

黑洞是現代廣義相對論中,宇宙空間內存在的一種天體。黑洞的引力很大,使得視界內的逃逸速度大於光速。「黑洞是時空曲率大到光都無法從其視界逃脫的天體」。黑洞就是一個中心密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小,熱量無限大的奇點和周圍一部分空空如也的天區,這個天區範圍之內不可見。

連光都逃不出黑洞,科學家又是如何「看到」黑洞的?

黑洞雖然無法直接觀測但可以由間接方式得知其存在與質量,並且觀測到它對其他事物的影響。藉由物體被吸入之前的因高熱而放出和γ射線的「邊緣訊息」,可以獲取黑洞存在的訊息。觀測恆星或星際雲氣團繞行軌跡也可以間接觀測到黑洞的位置以及質量。

黑洞是怎樣形成的?

恆星一般最初只含氫元素,恆星內部的氫原子核時刻相互碰撞,發生聚變。由於恆星質量很大,聚變產生的能量與恆星萬有引力抗衡,以維持恆星結構的穩定。但氫原子核的聚變產生新的元素,即氦元素,接著,氦原子也參與聚變,改變結構,生成鋰元素。如此類推,按照元素周期表的順序,會依次有鈹、硼、碳、氮等多種元素生成,直至生成鐵元素。由於鐵元素相當穩定,參與聚變時釋放的能量小於所需能量導致聚變停止,而鐵元素存在於恆星內部,恆星內部不再具有足夠的能量與質量巨大的恆星的萬有引力抗衡,在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。

當它的半徑一旦收縮到一定程度(小於史瓦西半徑:史瓦西半徑是任何具重力的質量之臨界半徑),質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——「黑洞」就誕生了。說它「黑」,是因為它產生的引力使得它周圍的光都無法逃逸。跟中子星一樣,黑洞也是由質量大於太陽質量好幾十甚至幾百倍以上的恆星演化而來的。

黑洞會不會毀滅或消失?

我們先來看一個比較熟悉的物理學公式:

為讓黑洞密度無限大,而黑洞質量不變,那麼其體積要無限小,才能成為黑洞。按照霍金的理論,在量子物理中,有一種名為「隧道效應」的現象,即一個粒子的場強分布雖然儘可能讓能量低的地方較強,但即使在能量相當高的地方,場強仍會有分布,對於黑洞的邊界來說,這就是一堵能量相當高的勢壘,但是粒子仍有可能出去

霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍,他結合了廣義相對論和量子理論,他發現黑洞周圍的引力場釋放出能量,同時消耗黑洞的能量和質量。他還證明,每個黑洞都有一定的溫度,且溫度高低與黑洞質量成反比例。通俗講,大黑洞溫度低,蒸發也微弱;小黑洞溫度,高蒸發也強烈,類似劇烈的爆發。相當於一個太陽質量的黑洞,約要1*10^66年才可蒸發殆盡;相當於一顆小行星質量的黑洞會在1*10^-21秒內蒸發得乾乾淨淨,所以即便是黑洞也有滅亡的那天。

一個攜帶著從黑洞里來的正能量的粒子逃逸了,即黑洞的總能量少了,而愛因斯坦的質能方程E=mc^2表明,能量的損失會導致質量的損失。當黑洞的質量越來越小時,它的溫度會越來越高。當黑洞損失質量時,它的溫度和發射率增加,因而它的質量損失得更快。這種「霍金輻射」對大多數黑洞來說可以忽略不計,因為大黑洞輻射的比較慢,而小黑洞則以極高的速度輻射能量,直到黑洞的爆炸。

黑洞毀滅時會發出耀眼的光芒,體積會縮小,甚至會爆炸,會噴射物體,發出耀眼的光芒。當英國物理學家霍金於1974年做此預言時,整個科學界為之震動。

那麼到底地球會不會被黑洞吞滅呢?

幾乎所有的星系中心都包含有黑洞,銀河系的中心也有一個黑洞,叫做人馬座A *。其質量大約為400萬倍的太陽質量,距離太陽系大約26,000光年。

理論上講是不會的。因為地球距離銀河系的中心非常遙遠,銀河系中心的黑洞現在也非常安靜。

但是有兩種情況是例外的:

1.很多恆星的最終宿命是黑洞,如果太陽的內部能量耗盡也是有可能變成黑洞的。一旦太陽變成黑洞那在太陽系裡的物質必然會被吞噬,當然也包括地球。但是,儘管太陽已經閃耀了50億年,但是它現在正處於中年時期,其剩餘燃料還可以燃燒50億年,目前我們大可不必擔心。

2.銀河系中心的黑洞現在非常安靜,一旦它們因為某些原因開始重新咆哮,這些黑洞將噴湧出致命的伽馬射線和X射線,並且很有可能射向人類居住的地球。除非銀河系中心突然爆發出全部的能量,但是目前還未搞清楚這些黑洞是否可能被重新點燃。

所以,各位看官,安心的吃瓜好了,不用去擔心自己會不會被填了黑洞的。

編輯|王淑菁 隋長泉

審核|吳玉清 張明

策劃|張訓光

聲明

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