這種很亮的黑洞是科學家的夢寐以求

2019年4月，事件視界望遠鏡拍攝的第一張黑洞照片發(fā)布，黑洞的存在有了直接的視覺證據(jù)。緊接著在2020年，彭羅斯、根澤爾、格茲三位研究黑洞的科學家獲得了諾貝爾物理學獎。這是諾貝爾獎首次頒發(fā)給研究黑洞的科學家，彼時距1916年史瓦西計算出黑洞已過去100多年。今天黑洞仍是現(xiàn)代物理學及天文學的研究熱點，有理由相信關于黑洞的研究會在接下來的幾十年里取得更多諾貝爾獎級別的發(fā)現(xiàn)。

關于黑洞的研究，公眾比較熟悉的科學家是史蒂芬·霍金。他在2018年去世，如果他尚健在，很可能會和彭羅斯因發(fā)現(xiàn)奇點定理一起登上2020年諾貝爾物理學獎的領獎臺。霍金生前被人無數(shù)次問到為什么拿不到諾貝爾獎？什么時候能拿諾貝爾獎？霍金對這種問題并沒有避諱，直言如果歐洲大型強子對撞機制造出黑洞，他就能拿到諾貝爾獎。

目前人類已經(jīng)在宇宙中發(fā)現(xiàn)了兩種黑洞。一種是超大質(zhì)量黑洞，質(zhì)量為太陽質(zhì)量的幾百萬至幾百億倍。另一種是大質(zhì)量的恒星死亡后在萬有引力作用下塌縮成的恒星型黑洞，質(zhì)量一般為幾個太陽質(zhì)量至幾十個太陽質(zhì)量。至于霍金說的對撞機里制造出的黑洞，那是另外一種黑洞，目前還只是理論上的存在。這種黑洞質(zhì)量也不會像太陽那么大，而是非常小。并且這種黑洞也不黑，很可能發(fā)出耀眼的光芒。

理論上，將一個物體壓縮到史瓦西半徑以下，就不會有任何力量能夠阻擋物體各部分間萬有引力的作用，整個物體會因塌縮集中到一個點上，附近時空曲率大到連光也無法逃逸，物體因此會變成一個黑洞。比如地球的史瓦西半徑是9mm，將地球壓縮到9mm以下，地球就會變成一顆黑洞。

一個質(zhì)子的體積和質(zhì)量都很小，但如果在這個質(zhì)子的體積內(nèi)集中了比較大的質(zhì)量，也能夠誕生出一個黑洞。大型對撞機可以給質(zhì)子提供能量，目前人類能量最高的加速器能夠?qū)①|(zhì)子加速到其靜止質(zhì)量的數(shù)千倍，然后兩個質(zhì)子迎頭相撞。有科學家期待質(zhì)子迎頭相撞時在那粒子的尺寸空間集中到足夠高的質(zhì)量，這樣就有可能制造出一個迷你黑洞。

黑洞是個貪婪的吃貨，能夠把周圍的物質(zhì)吞噬掉。大型對撞機制造出的迷你黑洞會不會把附近的人乃至整個地球吞噬？

的確有一些民眾對此表示擔心，并試圖阻止大型強子對撞機的運轉(zhuǎn)。不過擔心是多余的，阻止終歸是徒勞。科學家們不會擔心大型強子對撞機制造出迷你黑洞，甚至還有不少科學家期盼能夠制造出。因為科學家清楚，這種黑洞不會將地球吞噬，甚至不會吞噬周圍的原子、分子，相反迷你黑洞還會耗掉自身質(zhì)量，閃出耀眼的光芒。

現(xiàn)代物理學研究發(fā)現(xiàn)，空間中存在量子漲落，正反粒子對會隨時出現(xiàn)在空間任意位置。霍金運用已有理論計算后發(fā)現(xiàn)，如果一對正反粒子出現(xiàn)在黑洞視界附近，反粒子單獨墜入黑洞的概率要大于正粒子單獨墜入黑洞的概率，這樣就表現(xiàn)為黑洞釋放出粒子。這就是霍金的黑洞蒸發(fā)理論，霍金墓碑上的公式正是與黑洞蒸發(fā)有關。黑洞蒸發(fā)的快慢與其質(zhì)量有關，恒星型黑洞的壽命可達千百億年，超大質(zhì)量黑洞的壽命更是要高出數(shù)個數(shù)量級。而迷你黑洞的壽命可以短到普朗克時間附近。

黑洞蒸發(fā)理論能夠很好地解釋一些問題，也得到了很多科學家的認同，只是目前還難以通過實驗進行檢驗。如果對撞機的能量高到制造出了黑洞，這個迷你黑洞會瞬間蒸發(fā)掉，將至少數(shù)億個質(zhì)子的質(zhì)量以電磁波或粒子的形式釋放出去，你會發(fā)現(xiàn)這個小不點黑洞不但不黑反而非常耀眼。

只是目前加速器的能量還遠遠達不到能夠制造出黑洞的程度。盡管如此，對黑洞的探索及研究一直火熱地進行著。科學家們期待著有一天能夠觀察到迷你黑洞的耀眼光芒。