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如果吃一小勺黑洞会怎么样?

2018-09-21心灵

本文为我给知乎即将出版的一本书【大人请回答】写的短篇科普。

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我非常理解你这个宇宙级吃货饥渴的心情。

但我不得不遗憾地告诉你,哪怕你不顾个人安危,以冒死吃河豚的心态去吃黑洞,你的梦想也无法实现。

因为,你能放进嘴里的黑洞根本不可能存在,更别提吃下去了。

宇宙中自然存在的黑洞,是恒星在生命末期坍缩形成的。但是,并不是所有恒星都有资格变成黑洞。一颗恒星能不能变成黑洞,取决于它烧完后的质量。如果质量小于1.4倍(钱德拉塞卡极限)的太阳质量,电子简并压足以抵抗星体自身的引力,恒星的坍缩就会停止,最终会变成白矮星。

如果恒星质量是太阳质量的1.4到3倍(奥本海默极限),恒星引力更大,电子简并压不足以支撑,会继续坍缩。但是,中子简并压最终会把所有的压力扛下来,然后恒星变成比白矮星更小的中子星。

一颗恒星要变成黑洞是有门槛的,它的质量至少不能低于太阳的3倍。比如美国俄亥俄州立大学的天文学家发现的「独角兽」,位于麒麟座,距离地球1500光年,质量是太阳的3倍。这已经是迄今为止能找到的最小的黑洞了。

现在,你站在离这个3倍太阳质量的「小」黑洞面前,距离它1米,然后优雅地伸出小勺——等等,这是不可能的!在巨大的引力面前,你根本来不及站稳,就被黑洞吸进去了!

人体受到的引力,取决于两个因素:天体质量,和你和它之间的距离。地球的质量很大,比人的质量大得多,但我们在生活中并不觉得引力太大。虽然强如C罗、詹姆斯跳起来也只能离开地球表面1米,不过,至少我们普通人站立、走路没有问题。但是,地球的引力不大,是因为生活在地表的我们,和地球的质心相距6300公里——也就是地球的半径。

如果地球是一个半径1米的小球,而质量不变,我们和地球的质心相距1米,那么你受到的地球引力将增加6300000^2——相当于4 x 10^19倍,因为引力和距离的平方成反比。太阳质量是地球的33万倍,而你想下口的小黑洞质量是太阳的3倍,所以,你在小黑洞面前1米所受到的引力,是地球重力的4 x 10^25倍。

地球表面的重力加速度大约是10。也就是说,挂在树上的1只苹果(或者任何东西)从静止开始落地,第1秒会加速到10米/秒。而你在小黑洞面前,第1秒就能加速到4 x 10^26米/秒。事实上,这个速度是不可能达到的,因为它比光速大了10^18倍,而光速,是这个宇宙信息和物质的速度上限。你会在瞬间加速到接近光速,然后被吸进黑洞。

从某种意义上说,你想吃黑洞,结果却是黑洞吃了你。

实际上,如果你站在距离黑洞质心1米的地方,黑洞甚至都不需要吃了你,因为你已经在黑洞的肚子里了。

很多人以为,黑洞是个没有大小的「奇点」,但其实,黑洞是有大小的,它的大小叫做「事件视界」。在距离黑洞很远的地方是安全的,一旦距离太近,超过「事件视界」这个临界点,没有任何东西能够逃离黑洞,包括宇宙中速度最快的光。

根据施瓦西半径公式计算,这个3倍太阳质量的小黑洞的事件视界半径大约是9公里。只要你站在这9公里半径以内,就身处黑洞内部。黑洞里面没有出口,无法逃离。巨大的引力扭曲了时空,时间和空间在这里倒转。在我们生活的「正常」宇宙时空,我们可以在空间里自由移动,然而无论你做什么,都不可能改变时间的流逝。黑洞里则相反:无论你做什么,都不可能改变空间的流逝!也就是说,所有物体,包括光,都会无法抗拒地往一个方向移动,一齐走向黑洞中心的「奇点」。

你想把黑洞放到肚子里,结果却是,你自己钻到了黑洞的肚子里。

那么,我们站在黑洞9公里外,安全地挖一勺,行不行呢?

当然也是不行的。

虽然你在黑洞外面,但你可能会被巨大的潮汐力撕碎。引力和距离的平方成反比,你身上每个部位到黑洞的距离不同,受到的引力也有大小差别,这就是「潮汐力」。当你流着口水、向黑洞伸出小勺的时候,你的手指受到的引力,比你胳膊受到的引力更大。这点差别在地球上不算什么,但是对于黑洞这样的大质量天体,这个引力差足以把你扯成兰州拉面。

你想把黑洞做成一道菜,结果却是,黑洞把你做成了一道菜。

不仅没有吃上一口黑洞,反而被黑洞吃了,出现这种尴尬的局面,实在是很抱歉。

归根结底,还是因为黑洞太大了。无论你多么身强体壮,在3个太阳质量的黑洞面前,终究还是招架不住。

有没有可能,我们找一些身材娇小易推倒的黑洞,专挑软柿子捏不就行了?

如果黑洞像一只布丁那么小,甚至比一粒米都小,是不是就可以一口把它吞了?

这么小的「微型黑洞」,在自然界是不可能存在的。因为能变成黑洞的都是恒星,而恒星需要足够多的氢气、足够大的质量和引力,才能启动核聚变,开始燃烧。

但是假如,我是说假如,有人发明了某种黑科技,在实验室里造出了一个微型黑洞,结果会怎样?

终于有机会让你一饱口福了吗?

假设现在有一个质量只有5克的黑洞,和一勺布丁差不多重。它的质量太小,所以引力也不会对你有任何影响,事件视界半径也只有10^-28米。你完全可以优雅的走上前去,把这枚悬浮在半空中的迷你黑洞一口闷了。

如果你动作够快的话。

根据理论物理学家史蒂芬·霍金的理论,黑洞不仅会吞噬物质,也会向外辐射能量。这就是用霍金的名字命名的「霍金辐射」。这种辐射是由于量子效应而产生的,其中一对虚粒子和反粒子在黑洞附近产生并分离,其中一粒子被黑洞吞噬,而另一粒子则被释放到外部空间,导致黑洞逐渐失去能量和质量,最终会完全蒸发。

霍金辐射的过程非常缓慢,大质量黑洞需要数万亿年才能完全蒸发。然而,对于较小的黑洞,霍金辐射会导致它在极短的时间内蒸发殆尽。5克的迷你黑洞会因为霍金辐射,在10^-23秒内蒸发掉,比肥皂泡破灭的速度还快。

但是,因为能量守恒定律,这个蒸发的黑洞不会凭空消失。它的质量会完全变成能量,以电磁波辐射的形式释放出来,也就是光。5克质量如果变成纯能量,根据爱因斯坦大名鼎鼎的质能转换公式E = mC2,是4.5 x 10^14焦耳,相当于好几个广岛原子弹的当量。当这个实验室里造出来的黑洞蒸发时,后果很严重。黑洞没了,实验室没了,连同想吃黑洞的你也没了。

你想把黑洞一口一口吃光光,结果却是,黑洞和你,都变成了光。

这个悲伤的故事告诉我们一个道理:

珍惜生命,远离黑洞。

对于吃货如你,还得加上一条:

吃饭不规范,亲人两行泪。

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