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黑洞不停吞噬物质,光吃不拉,吞下的东西都去哪儿啦?

黑洞是一种极端天体,是天体食物链的顶端,宇宙中不管是恒星还是星云物质,只要进入了黑洞的势力范围,都无一例外地被其黑乎乎的大口吞噬,咀嚼过程会在大口(事件视界)外迸发出耀眼的光亮,最终连一点骨头渣子都不剩,真可谓吃星不吐骨头,连光也被吞噬。

那么,黑洞每天吃呀吃,光吃不拉,这些吃的东西都到哪里去了呢?其实在民间有一种传说,有点像这个黑洞习性,就是龙生九子各个不同,其中有一个龙的儿子叫貔貅,就是没屁眼的货,光吃不拉,吃得肚子胀鼓鼓的。

这种玩意本来就不符合生物学规律,光吃不拉肯定不消化,最终不就会胀死了?但财迷心窍的人们就喜欢这个,觉得这玩意能够聚财,因此生意人老喜欢弄个貔貅摆件放在桌子上,或者弄个貔貅挂件挂在脖子上,取其聚财之意。怪不得民间有一句俗语叫“越有越棍”,就是越有越吝啬之意,这不正合了这种光吃不拉的秉性吗?

黑洞也光吃不拉,貔貅会吃大肚子,黑洞也会越吃越大,就是它的史瓦西半径(事件视界)会越来越大。但黑洞不是生物,因此无需符合生物学规律,不会被胀死。那么黑洞吃的东西都到哪去了呢?

要弄清这个,就要想了解一些黑洞的尸骸兄弟们

恒星死亡后会留下一个残骸,有人也把他们叫做尸骸。尸骸有几种,一种比一种厉害。按常规逻辑,恒星越大,尸骸当然就会越大,反之就越小。但奇怪的是这些尸骸正好相反,越大的恒星尸骸越小,越小的恒星尸骸越大。

比如最小的红矮星,最终的尸骸就是一个冷却后稍微收缩的星球,叫黑矮星,大小大概和土星、木星差不多,体积有地球至少百倍以上(上图);质量大于太阳0.8倍到8倍以下的恒星,死后的尸骸就有地球这么大,叫白矮星,但质量却有太阳的0.5~1.4倍,相当地球质量的十几万到几十万倍;比太阳质量大8倍到30倍以内的恒星,死后留下的尸骸只有约10千米半径,叫中子星,质量至少有太阳的1.44倍到2倍多;比太阳质量大30倍以上的恒星,死后尸骸半径只有几千米,质量却大于太阳3倍以上。

由此我们可以看出,越大质量的恒星,死后的尸骸越小,质量却越大。这说明一个什么问题呢?就是质量越大的恒星,核心压力越大,把物质压缩得越致密。而人类对物质的认识,只能到达中子简并压物质,也就是依靠中子与中子之间斥力保持物质有形状态的物质,这就是中子星物质。

中子星物质密度可达1立方厘米亿吨以上,最高可达数十亿吨。在这个基础上,如果中子星质量再增加,达到3个太阳质量左右时,中子简并压就无法支撑物质的有形状态了,就会无限坍缩,变成一个体积无限小的奇点,这就是黑洞。

也就是说黑洞里的物质已经不是人类所认识的物质,也可以说是属于超时空物质。何谓超时空?就是不属于我们四维时空的世界了,而是另一个其他维度世界的东西了。

人类认识的物质形态

我们人类迄今发现世界存在118种元素,我们认识的所有物质都由这118种元素组成。这些物质或由单一元素组成,或由许多元素合成,这就是我们看到千姿百态的世界。元素都是由原子组成的,因此物质的基本性质是由原子而体现出来的。

到了白矮星这个层次,物质就已经脱离了118种元素的概念,因为体现物质性质的原子在这个时候已经被压垮了,但这时的原子核还保持着完整形态。这是因为电子与电子之间的斥力,形成了电子简并压,奋力抵御着引力导致的向心压力,维系着物质形态不垮塌。

这种状态下,原子虽然已经被压扁,外围电子被压跑成为自由电子,但电子与电子之间的斥力让电子之间无法靠拢,形成电子海洋,而原子核就在这片电子海洋中荡漾,依然保持着优雅的完整形象。

这种电子简并压、中子星简并压现象,是一个叫泡利的科学家发现的,因此人们把这种现象叫泡利不相容原理,就是所有费米子粒子都有相互排斥不靠拢的性质,而电子、中子、夸克都属于费米子粒子。

依靠电子简并压维系的白矮星,原子还保留着核的完整,到了更大的恒星发生超新星爆炸后,核心压力超过了电子简并压能够承受的状态,物质就垮塌成一个中子星。这时候的原子就完全被破坏了,压碎了,电子再也无法保持自由电子状态,而被巨大压力压进了原子核,带负电的电子与带正电的质子中和后成为了中子,加上原有的中子,整个星球就成为了一个巨大的中子核。

中子星整个成为一个大中子核,只是一种大致情况,实际上从表面到核心,其密度是梯次增加的,在表面和浅处,还存在着一些没有完全被压进原子核的电子,从这个意义上来说,中子星并非铁板一块,完全是中子组成。但白矮星和中子星都不再是我们认知的元素性质物质了,是物质的第五和第六态。

宇宙中有夸克星存在吗?

理论上,中子简并压被压垮后,还有夸克简并压支撑,因此有人提出,宇宙中可能存在夸克星。这种天体比中子星更小,质量却比中子星更大。但迄今并没有观测到这种天体,夸克星到底存不存在就还是一个悬案。现在比较流行的理论是,当中子星质量到达奥本海默极限时,就会坍缩成一个黑洞。奥本海默极限目前没有精准量化定义,一般认为在3个太阳质量左右。

既然黑洞物质已经不是我们认识的物质,那么这些物质到哪里去了也就无从查考了。其实根据现在理论,这些物质虽然不见了,但都还在黑洞中。因为人们虽然看不到它,但黑洞张扬的个性把其质量和角动量、电荷都暴露了。

这就是黑洞的史瓦西半径,或者叫事件视界。

所有黑洞无论质量大小,即便是迄今已知1040倍太阳质量的最大黑洞,即编号为SDSS J073739.96+384413.2的黑洞,中心也只有一个无限小的奇点,但这个奇点所形成的史瓦西半径就与质量成正比了。

史瓦西半径是任何物质都具备的一个质量临界值,就是任何物质一旦被压缩进这个临界值,就会无限坍缩成一个奇点,并在临界值处形成一个球状极端奇异空间,这个空间当然就与质量成正比了。在史瓦西半径临界处被称为事件视界,这里是黑洞能看见部分和看不见部分的交接处。

黑洞质量、角动量、电荷影响就在视界处形成,所有靠近这里的物质会被黑洞巨大引力形成一个吸积盘,发着明亮的可见光和X射线,甚至伽马射线,由此黑洞才被人类所观测。当物质被吸入事件视界以内时,一切就都看不见了。

虽然进入黑洞的物质都看不见了,但通过其对周边时空导致的影响,史瓦西半径的大小,可以计算出这个黑洞的质量,因此可以肯定的是这些物质都还在黑洞里面,并没有消失。有一种理论认为,黑洞奇点处是一个时空转换节点,在那个地方我们世界的时空消失,而在超时空出现。鉴于此,有人认为在奇点处可以实现时空穿越,但这种猜想永远也无法证实。

黑洞吃下的东西会吐出来吗?

理论上,黑洞也不是光吃不吐,已经逝世的著名科学家霍金就创立了一个理论,叫霍金辐射,也叫黑洞蒸发。这个理论认为,黑洞里的物质也并不是一点也不吐出来,它会以辐射或蒸发的方式不断减少自己质量。

但这种释放只是量子级的,只有极少数粒子逃脱而形成黑洞蒸发。这种蒸发的速度是黑洞越小越快,越大越慢,只有原子级别黑洞会瞬时蒸发殆尽,稍大的黑洞所吸收的宇宙背景辐射或星际物质,远远大于蒸发量,因此需要长得令人发指的时间才能够蒸发完。

经过计算,1个太阳质量黑洞蒸发时间需要10^64年,也就是1后面跟着8个亿年,宇宙中最大黑洞蒸发时间需要10^100年。这个时间早就大大超过科学界估算的宇宙寿命了。由此看来,黑洞吃下去的物质会牢牢深藏里面,誓与宇宙共存亡!

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