如果黑洞并非唯一緩慢消失的物質(zhì)，會怎樣？科學(xué)家現(xiàn)已證明，所有致密的宇宙天體——從中子星到白矮星——最終都可能通過類似霍金輻射的方式蒸發(fā)。

中子星通過類似霍金輻射緩慢“蒸發(fā)”的藝術(shù)效果圖。圖片來源：Dani?lle Futselaar/artsource.nl

更令人震驚的是，宇宙的末日可能比預(yù)期來得更快，“僅僅”在10 ^78年后，而不是曾經(jīng)預(yù)測的10^ 1100年。這項(xiàng)雄心勃勃的研究融合了天體物理學(xué)、量子理論和數(shù)學(xué)，既有趣又嚴(yán)肅，還計(jì)算了月球——甚至人類——的最終命運(yùn)。

黑洞并不孤單

荷蘭拉德堡德大學(xué)的一組科學(xué)家將他們大膽的理論又推進(jìn)了一步。黑洞專家海諾·法爾克、量子物理學(xué)家邁克爾·旺德拉克和數(shù)學(xué)家沃爾特·范·蘇伊勒科姆此前提出，不僅是黑洞，其他致密的宇宙物體，例如中子星，也可能通過類似霍金輻射的過程緩慢“蒸發(fā)”。

他們之前的論文引起了科學(xué)界乃至更廣泛的關(guān)注。一個問題不斷浮現(xiàn)：宇宙緩慢的衰變究竟需要多長時間？在他們最新的研究中，他們進(jìn)行了計(jì)算。

宇宙的最終期限

研究小組發(fā)現(xiàn)，僅基于這種類似霍金的輻射，宇宙的最終“終結(jié)”可能在大約10^ 78年（1后面跟著78個0）內(nèi)到來。這正是宇宙中最頑固的恒星——白矮星完全衰變所需的時間。相比之下，早期的估計(jì)（忽略了這一蒸發(fā)過程）則延伸到了令人難以置信的10^ 1100年。

主要作者海諾·法爾克 (Heino Falcke) 表示：“因此，宇宙的最終終結(jié)比預(yù)期的要早得多，但幸運(yùn)的是，它仍然需要很長時間。”

這一想法的核心是對斯蒂芬·霍金1975年理論的一次精彩演繹。霍金提出，黑洞并非完全黑暗——由于事件視界附近的量子效應(yīng)，它們會發(fā)出微弱的輻射。微小粒子對可以短暫地出現(xiàn)在黑洞邊緣附近。一個粒子落入黑洞，另一個粒子逃逸。逃逸的粒子會緩慢地奪走黑洞的質(zhì)量。

這一過程被稱為霍金輻射，意味著即使是黑洞也會收縮并最終消失。這是一個革命性的想法，它挑戰(zhàn)了愛因斯坦關(guān)于黑洞只能增長的觀點(diǎn)。如今，隨著計(jì)算的更新和研究范圍的擴(kuò)大，這項(xiàng)研究表明，一切最終都可能逐漸消亡，一個粒子接一個粒子。

密度大于重力

研究人員計(jì)算得出，霍金輻射過程理論上也適用于其他具有引力場的物體。計(jì)算進(jìn)一步表明，物體的“蒸發(fā)時間”僅取決于其密度。

令研究人員驚訝的是，中子星和恒星黑洞衰變所需的時間相同：10 ^67年。這出乎意料，因?yàn)楹诙磽碛懈鼜?qiáng)的引力場，這應(yīng)該會導(dǎo)致它們“蒸發(fā)”得更快。“但黑洞沒有表面，”論文合著者、博士后研究員邁克爾·旺德拉克說，“它們會重新吸收自身的一些輻射，從而抑制這一過程。”

月球和人類的最終命運(yùn)

研究人員無論如何都要進(jìn)行這項(xiàng)研究，他們還計(jì)算了月球和人類通過類似霍金輻射蒸發(fā)所需的時間。結(jié)果是10^ 90年（1后面跟著90個零）。當(dāng)然，研究人員巧妙地指出，還有其他過程可能導(dǎo)致人類和月球消失的速度比計(jì)算結(jié)果更快。

論文合著者、拉德堡德大學(xué)數(shù)學(xué)教授沃爾特·范·蘇伊勒科姆補(bǔ)充道，這項(xiàng)研究是不同學(xué)科之間激動人心的合作，天體物理學(xué)、量子物理學(xué)和數(shù)學(xué)的結(jié)合將帶來新的見解。“通過提出這類問題并研究極端情況，我們希望更好地理解這一理論，或許有一天，我們能夠解開霍金輻射的奧秘。”

編譯自/scitechdaily