黑洞不停吞噬物質,光吃不拉,吞下的東西都去哪兒啦?


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黑洞不停吞噬物質,光吃不拉,吞下的東西都去哪兒啦?

黑洞是一種極端天體,是天體食物鏈的頂端,宇宙中不管是恆星還是星雲物質,只要進入了黑洞的勢力範圍,都無一例外地被其黑乎乎的大口吞噬,咀嚼過程會在大口(事件視界)外迸發出耀眼的光亮,最終連一點骨頭渣子都不剩,真可謂吃星不吐骨頭,連光也被吞噬。

那麼,黑洞每天吃呀吃,光吃不拉,這些吃的東西都到哪裡去了呢?其實在民間有一種傳說,有點像這個黑洞習性,就是龍生九子各個不同,其中有一個龍的兒子叫貔貅,就是沒屁眼的貨,光吃不拉,吃得肚子脹鼓鼓的。

這種玩意本來就不符合生物學規律,光吃不拉肯定不消化,最終不就會脹死了?但財迷心竅的人們就喜歡這個,覺得這玩意能夠聚財,因此生意人老喜歡弄個貔貅擺件放在桌子上,或者弄個貔貅挂件掛在脖子上,取其聚財之意。怪不得民間有一句俗語叫“越有越棍”,就是越有越吝嗇之意,這不正合了這種光吃不拉的秉性嗎?

黑洞也光吃不拉,貔貅會吃大肚子,黑洞也會越吃越大,就是它的史瓦西半徑(事件視界)會越來越大。但黑洞不是生物,因此無需符合生物學規律,不會被脹死。那麼黑洞吃的東西都到哪去了呢?

  • 要弄清這個,就要想了解一些黑洞的屍骸兄弟們

恆星死亡後會留下一個殘骸,有人也把他們叫做屍骸。屍骸有幾種,一種比一種厲害。按常規邏輯,恆星越大,屍骸當然就會越大,反之就越小。但奇怪的是這些屍骸正好相反,越大的恆星屍骸越小,越小的恆星屍骸越大。

比如最小的紅矮星,最終的屍骸就是一個冷卻後稍微收縮的星球,叫黑矮星,大小大概和土星、木星差不多,體積有地球至少百倍以上(上圖);質量大於太陽0.8倍到8倍以下的恆星,死後的屍骸就有地球這麼大,叫白矮星,但質量卻有太陽的0.5~1.4倍,相當地球質量的十幾萬到幾十萬倍;比太陽質量大8倍到30倍以內的恆星,死後留下的屍骸只有約10千米半徑,叫中子星,質量至少有太陽的1.44倍到2倍多;比太陽質量大30倍以上的恆星,死後屍骸半徑只有幾千米,質量卻大於太陽3倍以上。

由此我們可以看出,越大質量的恆星,死後的屍骸越小,質量卻越大。這說明一個什麼問題呢?就是質量越大的恆星,核心壓力越大,把物質壓縮得越緻密。而人類對物質的認識,只能到達中子簡併壓物質,也就是依靠中子與中子之間斥力保持物質有形狀態的物質,這就是中子星物質。

中子星物質密度可達1立方厘米億噸以上,最高可達數十億噸。在這個基礎上,如果中子星質量再增加,達到3個太陽質量左右時,中子簡併壓就無法支撐物質的有形狀態了,就會無限坍縮,變成一個體積無限小的奇點,這就是黑洞。

也就是說黑洞裡的物質已經不是人類所認識的物質,也可以說是屬於超時空物質。何謂超時空?就是不屬於我們四維時空的世界了,而是另一個其他維度世界的東西了。

  • 人類認識的物質形態

我們人類迄今發現世界存在118種元素,我們認識的所有物質都由這118種元素組成。這些物質或由單一元素組成,或由許多元素合成,這就是我們看到千姿百態的世界。元素都是由原子組成的,因此物質的基本性質是由原子而體現出來的。

到了白矮星這個層次,物質就已經脫離了118種元素的概念,因為體現物質性質的原子在這個時候已經被壓垮了,但這時的原子核還保持著完整形態。這是因為電子與電子之間的斥力,形成了電子簡併壓,奮力抵禦著引力導致的向心壓力,維繫著物質形態不垮塌。

這種狀態下,原子雖然已經被壓扁,外圍電子被壓跑成為自由電子,但電子與電子之間的斥力讓電子之間無法靠攏,形成電子海洋,而原子核就在這片電子海洋中蕩漾,依然保持著優雅的完整形象。

這種電子簡併壓、中子星簡併壓現象,是一個叫泡利的科學家發現的,因此人們把這種現象叫泡利不相容原理,就是所有費米子粒子都有相互排斥不靠攏的性質,而電子、中子、夸克都屬於費米子粒子。

依靠電子簡併壓維繫的白矮星,原子還保留著核的完整,到了更大的恆星發生超新星爆炸後,核心壓力超過了電子簡併壓能夠承受的狀態,物質就垮塌成一個中子星。這時候的原子就完全被破壞了,壓碎了,電子再也無法保持自由電子狀態,而被巨大壓力壓進了原子核,帶負電的電子與帶正電的質子中和後成為了中子,加上原有的中子,整個星球就成為了一個巨大的中子核。

中子星整個成為一個大中子核,只是一種大致情況,實際上從表面到核心,其密度是梯次增加的,在表面和淺處,還存在著一些沒有完全被壓進原子核的電子,從這個意義上來說,中子星並非鐵板一塊,完全是中子組成。但白矮星和中子星都不再是我們認知的元素性質物質了,是物質的第五和第六態。

宇宙中有夸克星存在嗎?

理論上,中子簡併壓被壓垮後,還有夸克簡併壓支撐,因此有人提出,宇宙中可能存在夸克星。這種天體比中子星更小,質量卻比中子星更大。但迄今並沒有觀測到這種天體,夸克星到底存不存在就還是一個懸案。現在比較流行的理論是,當中子星質量到達奧本海默極限時,就會坍縮成一個黑洞。奧本海默極限目前沒有精準量化定義,一般認為在3個太陽質量左右。

既然黑洞物質已經不是我們認識的物質,那麼這些物質到哪裡去了也就無從查考了。其實根據現在理論,這些物質雖然不見了,但都還在黑洞中。因為人們雖然看不到它,但黑洞張揚的個性把其質量和角動量、電荷都暴露了。

  • 這就是黑洞的史瓦西半徑,或者叫事件視界。

所有黑洞無論質量大小,即便是迄今已知1040倍太陽質量的最大黑洞,即編號為SDSS J073739.96+384413.2的黑洞,中心也只有一個無限小的奇點,但這個奇點所形成的史瓦西半徑就與質量成正比了。

史瓦西半徑是任何物質都具備的一個質量臨界值,就是任何物質一旦被壓縮進這個臨界值,就會無限坍縮成一個奇點,並在臨界值處形成一個球狀極端奇異空間,這個空間當然就與質量成正比了。在史瓦西半徑臨界處被稱為事件視界,這裡是黑洞能看見部分和看不見部分的交接處。

黑洞質量、角動量、電荷影響就在視界處形成,所有靠近這裡的物質會被黑洞巨大引力形成一個吸積盤,發著明亮的可見光和X射線,甚至伽馬射線,由此黑洞才被人類所觀測。當物質被吸入事件視界以內時,一切就都看不見了。

雖然進入黑洞的物質都看不見了,但通過其對周邊時空導致的影響,史瓦西半徑的大小,可以計算出這個黑洞的質量,因此可以肯定的是這些物質都還在黑洞裡面,並沒有消失。有一種理論認為,黑洞奇點處是一個時空轉換節點,在那個地方我們世界的時空消失,而在超時空出現。鑑於此,有人認為在奇點處可以實現時空穿越,但這種猜想永遠也無法證實。

  • 黑洞吃下的東西會吐出來嗎?

理論上,黑洞也不是光吃不吐,已經逝世的著名科學家霍金就創立了一個理論,叫霍金輻射,也叫黑洞蒸發。這個理論認為,黑洞裡的物質也並不是一點也不吐出來,它會以輻射或蒸發的方式不斷減少自己質量。

但這種釋放只是量子級的,只有極少數粒子逃脫而形成黑洞蒸發。這種蒸發的速度是黑洞越小越快,越大越慢,只有原子級別黑洞會瞬時蒸發殆盡,稍大的黑洞所吸收的宇宙背景輻射或星際物質,遠遠大於蒸發量,因此需要長得令人髮指的時間才能夠蒸發完。

經過計算,1個太陽質量黑洞蒸發時間需要10^64年,也就是1後面跟著8個億年,宇宙中最大黑洞蒸發時間需要10^100年。這個時間早就大大超過科學界估算的宇宙壽命了。由此看來,黑洞吃下去的物質會牢牢深藏裡面,誓與宇宙共存亡!

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