黑洞是如何形成的?它会是宇宙演化的结局吗?科学家能在地球上造出黑洞吗?“慧眼”卫星又有哪...|宇宙的终极宿命,会是彻底“黑化”吗?|理性派对第三季( 二 )


这也是中等质量恒星形成的一种可能性 , 但目前没有观察到过这种情况 。 人们只是通过在有些星团的中心发现过这样中等质量黑洞的证据 , 来推测这很有可能是由星团中心一堆恒星塌缩形成 。
所以我们总结一下 , 制作黑洞“大餐”的厨师可能是恒星自己 , 也可能是一堆恒星 , 也可能是宇宙早期的特别大的恒星 , 还可能是暗物质 。
另外还有一种可能性——宇宙大爆炸 , 宇宙大爆炸发生在宇宙早期 , 与我们今天谈到的黑洞之间联系非常紧密 。 宇宙大爆炸并不是稳定的、均匀的 , 在爆炸过程中由于量子力学的原理必须要有涨落 。 这种涨落导致每个地方的密度具有差异性 , 密度高的区域就可能形成量子黑洞 , 即宇宙早期的量子黑洞 。
量子黑洞的意思是说它的性质类似于一个量子 , 它的密度极高 , 但质量较小 , 应该会产生霍金辐射 。 霍金辐射是霍金最伟大的科学成就 , 然而很遗憾 , 一直等到霍金去世 , 霍金辐射也没有被观测到 。 科学理论没有经过验证就不知道对错 , 但是我们认为霍金辐射是合理的 , 没有道理不对 。
段玉龙:既然已经提到了霍金辐射 , 能不能跟大家说一说到底什么是霍金辐射?
张帆:大家可能有一个误解 , 认为黑洞是一个密度无穷大的点 。 实际上那个点叫奇点 , 并不是真正的黑洞 。 黑洞是一个边界 , 是奇点周围一块引力特别强、光进去了以后都逃不出来的范围 。 所谓黑洞的边界就是光正好出不来的这个地方 。
在黑洞边界会有一个奇怪的现象 。 我们周围的任何地方都会由于量子的不确定性而产生一对粒子 。 在正常情况下 , 这个平白无故产生的东西并不是问题:量子力学只能给它一个很短时间的生存 , 这对粒子不能够长期存在 。 如果它们能长期存在 , 我们周围就会都乱套了 , 平白无故产生的无数粒子会把我们烧死 。
但这对粒子如果在黑洞边界产生 , 里面的粒子出不来而外面的粒子跑掉了的话 , 它们就无法再合并消失 。 跑掉的粒子就叫做霍金辐射 。
整个宇宙都会变为黑洞吗?到那时会发生什么?
段玉龙:我们刚才说到黑洞有很多的类别 , 宇宙当中也有很多的黑洞 。 那假以时日 , 有没有可能小黑洞合为大黑洞、大黑洞变为更大的黑洞 , 到最后的最后 , 整个宇宙都变成了一个大黑洞?
张双南:这种可能是存在的 , 但更大的可能是 , 以后宇宙当中几乎所有的东西都会落到各个不同的黑洞里面去 。
为什么不说它们整个变成一个黑洞呢?原因就在于我们宇宙是在膨胀的 , 这个膨胀的过程会导致星系之间的距离越来越远 。 所以未来不同的星系很难碰在一起 , 它们里面的黑洞也便很难碰在一起 。 但每个黑洞都可以在自己的星系里为所欲为 , 把这个星系里面的东西都给吃下去 。 但不一定就变成一个黑洞 , 也可以是多个黑洞 。
现在每一个星系里都有很多黑洞 。 这些黑洞可能合并为一些大的黑洞 , 但更多的可能是它们会把这个星系里面物质全部吃净 , 仅剩下黑洞 。 如果到那一天 , 天文学家这个职业还有 , 但只剩下研究黑洞的天文学家了 , 就张帆和我 , 我们两个有用了 。
张帆:到那个时候 , 彭罗斯的一个想法就特别有意思了 。 黑洞的熵是特别多的 , 熵增是一个时间轴 。 为什么宇宙的时间在增长 , 跟宇宙里越来越多恒星的形成、越来越多黑洞的形成是有关的 , 所以到最后熵增的结果就是一大堆的黑洞 。
霍金辐射出来的主要是光子和中微子 。 如果中微子没有质量的话 , 相当于所有的东西都没有质量 。 没有质量以光速传播的东西是感觉不到时间的 , 那时候宇宙里就没有一个大小的尺度、没有规矩了 , 无穷大就可以变成无穷小 。