回答這個問題,也可以視為對前文“一個指甲蓋大小的黑洞能否吃掉地球”的內(nèi)容作一個補充。因為在評論區(qū),許多網(wǎng)友質(zhì)疑,按照黑洞蒸發(fā)理論,這種小黑洞會迅速蒸發(fā),無法吸積或吃掉任何物質(zhì),更別說吞掉地球了。
這只是拿著雞毛當令劍,不懂裝懂的臆斷。本文就試著通俗解釋一下這個黑洞蒸發(fā)理論,讓科學來揭示真相:多大的黑洞才能蒸發(fā)掉,多大的黑洞會通吃一切。
根據(jù)黑洞理論,黑洞既能夠吸積,又會蒸發(fā)。吸積就是通過強大的引力效應,“吃掉”周邊靠近自己的一切,讓自身質(zhì)量越來越大;蒸發(fā)就是通過輻射,慢慢向外界蒸發(fā)掉自己的質(zhì)量,直到消失。根據(jù)霍金黑洞輻射理論,極小的黑洞會瞬間蒸發(fā)掉,無法在宇宙中長期穩(wěn)定存在;大的黑洞蒸發(fā)就非常緩慢,不但能穩(wěn)定存在,而且壽命超長,甚至遠遠大于宇宙年齡。
因此,我們可以理解為,能夠穩(wěn)定永久存在的黑洞,就能不斷“吃掉”周邊物質(zhì),讓自己越長越大;不能長期穩(wěn)定存在的黑洞,就以蒸發(fā)為主,質(zhì)量逐步減少直至消失。
多大質(zhì)量的黑洞就能穩(wěn)定長期存在,乃至可視為永久存在呢?根據(jù)理論可以得到一個質(zhì)量臨界點。
有一個由霍金黑洞輻射理論推導出來的公式,可以大致計算黑洞蒸發(fā)所需時間,即:蒸發(fā)時間tev約等于5120ΠG^2M^3/?c^4。其中5120Π是由霍金輻射理論推導得出的常數(shù),G 為引力常數(shù) ,M為黑洞質(zhì)量,? 為約化普朗克常數(shù),c為光速值。
霍金理論發(fā)現(xiàn),質(zhì)量越小的黑洞溫度越高,輻射越強,蒸發(fā)得越快,反之溫度越低,輻射越小,蒸發(fā)越慢。根據(jù)公式計算,質(zhì)量小于10噸的黑洞,蒸發(fā)時間只需10^-5秒,可視為瞬間蒸發(fā);質(zhì)量為1萬噸的黑洞蒸發(fā)時間只需要1天;質(zhì)量為1億噸的黑洞蒸發(fā)時間需要28億年。宇宙的年齡已經(jīng)有138億年,在這個時間段蒸發(fā)掉的黑洞,可以看作是不能永久穩(wěn)定存在的黑洞。
隨著黑洞質(zhì)量的繼續(xù)增加,蒸發(fā)時間就足以與宇宙壽命媲美了。按公式計算,質(zhì)量為1.7億噸的黑洞蒸發(fā)時間約為137.5億年,與宇宙年齡相當,可以視為是否能穩(wěn)定且永久存在的黑洞質(zhì)量臨界點。
隨著質(zhì)量的繼續(xù)增加,其蒸發(fā)時間呈乘方數(shù)量級增加:一個質(zhì)量為10億噸的黑洞,蒸發(fā)時間需要2.8*10^12年,就是2.8萬億年;地球質(zhì)量的黑洞,蒸發(fā)時間需要10^50年;太陽質(zhì)量黑洞,蒸發(fā)時間需要10^67年。這些黑洞蒸發(fā)時間都遠超宇宙年齡幾個乃至幾十個數(shù)量級,可視為穩(wěn)定且永久存在的黑洞。
這種能夠永久穩(wěn)定存在的黑洞,其存在的主要形式當然就是吸積,也就是不斷吞噬天體物質(zhì)。這些黑洞別說吃掉地球,任何天體,再大的恒星,中子星都不在話下,一概通吃。
那么,1毫米黑洞質(zhì)量有多大呢?
其實,黑洞實體本身是一個無體積奇點,并沒有大小和尺寸。所謂大小主要是指其質(zhì)量,以及與質(zhì)量成正比在奇點周圍形成的一個球形空間,這個球形空間叫史瓦西半徑,球形空間與外界接觸的邊界叫事件視界。
計算史瓦西半徑的公式為:R=2GM/c^2,即一個天體的史瓦西半徑,等于2倍引力常數(shù)與質(zhì)量的乘積,除以光速的平方。根據(jù)公式,我們可以計算出太陽的史瓦西半徑約為3000米,地球的史瓦西半徑不到9毫米。這個公式可以變通為:M=Rc^2/2G,即已知史瓦西半徑,計算出黑洞的質(zhì)量。
這樣,1毫米黑洞的史瓦西半徑為0.5毫米,根據(jù)公式可以計算出其質(zhì)量約為3.3*10^23kg,也就是3.3萬億億噸,約為地球質(zhì)量的5.54%,與水星質(zhì)量差不多。
這么大的一個黑洞蒸發(fā)時間需要多久呢?按上述公式計算,蒸發(fā)時間需要10^47年。也就是說這顆黑洞在宇宙中可以穩(wěn)定永久存在。既然永久存在,黑洞又是宇宙中最極端的頂級尸骸,接近任何東西都要吸積,因此,如果來到地球,當然就會把地球吃掉了。
1毫米黑洞吸積很慢,完全吞噬地球需數(shù)百萬至數(shù)十億年。但黑洞一旦臨近地球,人類以及地球上所有生命的末日就降臨了,且無法逃脫。
黑洞接近地球早期,強大無比的引力潮汐力會拉斷地殼,引發(fā)全球性頂級大地震及火山噴發(fā),沿海城市被百米以上巨浪淹沒,伴隨輻射爆發(fā)、地質(zhì)塌陷和物質(zhì)噴流,地球環(huán)境將遭到徹底不可逆的破壞,地表生態(tài)在幾小時內(nèi)就被完全滅絕。
月球也將同時毀滅,被黑洞潮汐力拉扯成渣渣,與地球渣渣一起被黑洞吸掉。
黑洞吸積會在周圍形成吸積盤,釋放X射線γ射線等高能輻射,地球大氣被剝離,很快被拉成“面條狀”,地幔物質(zhì)通過吸積盤螺旋落入黑洞,噴流形成,部分物質(zhì)以近光速噴出,能量爆發(fā)接近超新星,亮度峰值可達太陽10億倍以上。
吸積完成后,除了噴流和輻射損失的質(zhì)量,這顆黑洞質(zhì)量將增加到約地球大小。之后,如果這顆黑洞繼續(xù)游走,會慢慢將太陽系都吃掉。
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