太初黑洞,質量最小的宇宙黑洞-今日頭條

06-17

在宇宙大爆炸時幾秒鐘內就會迅速形成一個太初黑洞，太初黑洞是宇宙中存在時間最短的黑洞，同時也是質量最小的黑洞，甚至只有一個質子大小，比原子核還要小，甚至用肉眼無法辨別，由於太初黑洞是宇宙早期時的產物，因此也被稱為"原生黑洞"。

太初黑洞

黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡後，發生引力坍縮產生的。而太初黑洞並不是由恆星坍塌而形成，與其他黑洞不同，太初黑洞是在宇宙剛剛創生時在高壓條件下物質緊密結合的產物，而且這種黑洞質量比其它黑洞更加小，有時甚至小到連肉眼都無法辨別。太初黑洞的的尺度甚至比原子核還要小。

據說，太初黑洞只在宇宙大爆炸之後幾微秒內存在，因為宇宙還來不及膨脹，而整個宇宙又充滿了光，超高溫超高壓的情況下，是可能造出小黑洞的，不過極小，最多吸收幾十個光子就蒸發了。對於那些較小質量的原生黑洞，科學家認為有可能與暗物質有關，以此來解釋暗物質的一些問題。

雖然暗物質被認為是宇宙的主宰，在一定程度上說，其是統治著整個宇宙，我們所能看見的宇宙中的物質僅僅是滄海一粟。但是，探測暗物質並不是通過正常的觀測手段，由於暗物質不與電磁力發生相互作用，所以用傳統的電磁波天文觀測無法發現其存在，只能間接地通過引力效應來推斷其存在。研究人員認為：這項新的研究可以幫助科學家更好地了解暗物質到底是什麼，我們已經知道其統治著宇宙，卻還不知道它到底是什麼。太初黑洞在宇宙學中被認為存在於大爆炸發生後密度較高的時期，也就是處於宇宙加速膨脹的早期階段。我們目前知道，今天的宇宙誕生於137億年之前的一次大爆炸。

由於太初黑洞比目前宇宙恐怖的黑洞要小很多，其體積甚至比原子核還要小，因此不會將整個恆星吞噬掉，自然也不會把光也掩沒了。與此相反，由於太初黑洞體積太小，與恆星發生碰撞等接觸時，會導致恆星表面上出現明顯的振動現象。通過觀察恆星表面出現異常運動，我們就可以弄清楚在恆星內部正在發生著什麼情況。同理，如果一個太初黑洞穿過一顆恆星中央核結構，我們就可以通過觀察其表面的振動來了解恆星內部的相互作用。現在，對於本次研究的科學家而言，可能僅僅只是一個時間的問題。研究人員模擬一個太初黑洞具有多大體積，才可以使得其與恆星發生接觸時造成恆星表面出現明顯振動波紋。結果發現，當質量達到一個典型的小行星水平時，才可符合這個要求。

形成

太初黑洞是當一顆質量相當大的星體之核能耗盡後，殘骸質量比太陽質量高3倍的恆星核心會演化成黑洞，若中子星有伴星，而中子星吸收足夠伴星的物質，也能演化成黑洞。在黑洞內，沒有任何向外力能維持與重力平衡，因此，核心會一直塌縮下去，形成黑洞。

當物質掉進了事界，縱使以光速計算，也不能再走出來。愛因斯坦以幾何角度把黑洞解釋為空間扭曲的洞，物質隨空間而行，如果空間本身就是洞，是沒有物質可逃出的。

為了要形成黑洞，質量越小、物質壓縮後的密度就越高高密度時產生強大的壓力與收縮相抗衡然而比太陽質量還小的黑洞在現代宇宙中是不可能形成的但是在宇宙開始膨脹時有很高的密度查兒多維奇和伊戈爾.諾維科夫在1967年，霍金在1971年都曾設想在宇宙膨脹的早期階段可以產生黑洞他們可以有小質量這樣的黑洞就稱為太初黑洞。尺度比原子核小的黑洞稱為太初黑洞。

太初黑洞有多大

你可以想像一顆具有十倍太陽質量的恆星。在它的大約十億年壽命的大部分時間裡，該恆星在其中心把氫轉化成氦而產生熱。釋放出的能量會產生足夠的壓力，以支持該恆星去抵抗自身的引力，這就產生了半徑約為太陽半徑五倍的物體。從這種恆星表面的逃逸速度大約是每秒一千公里。也就是說，一個以小於每秒一千公里的速度從該恆星表面點火垂直上升的物體，會被恆星的引力場拖曳回到表面上來，而具有更大速度的物體會逃逸到無窮遠去。

當恆星耗盡其核能，那就沒有東西可維持其向外的壓力，恆星就由於自身的引力開始坍縮。隨著恆星收縮，表面上的引力場就變得越來越強大，而逃逸速度就會增加。當它的半徑縮小到三十公里，其逃逸速度就增加到每秒三十萬公里，也就是光的速度。從此以後，任何從該恆星發出的光都不能逃逸到無窮遠，而只能被引力場拖曳回來。根據狹義相對論，沒有東西可能比光旅行得更迅速。

其結果就是一顆黑洞：這是時空的一個區域，從這個區域不可能逃逸到無窮遠。黑洞的邊界被稱作事件視界。它對應於從恆星發出的剛好不能逃逸到無窮遠的，而只能停留在施瓦茲席爾德半徑處徘徊的光線的波前。施瓦茲席爾德半徑為R=2GM/c^2，這裡G是牛頓引力常數，M是恆星質量，而c是光速。對於具有大約十倍太陽質量的恆星，其施瓦茲席爾德半徑大約為二十公里。

現在有了相當好的觀測證據暗示，在諸如稱為天鵝X－1的雙星系統中存在大約這個尺度的黑洞。也許還有相當數目的比這小得多的黑洞散落在宇宙之中。它們不是由恆星坍縮形成的，而是在熾熱的高密度的介質的被高度壓縮區域的坍縮中產生的。人們相信在宇宙啟始的大爆炸之後不久存在這樣的介質。這種「太初」黑洞對我將在這裡描述的量子效應具有最大的興趣。一顆重十億噸的黑洞具有10-13厘米的半徑，只有一顆中子或質子的尺度。它也許正繞著太陽或者繞著銀河系中心公轉。

「太初黑洞」是指在宇宙前期極高的溫度和壓力下所產生的黑洞。因為其特殊的形成原因，其質量很小,根據霍金的黑洞輻射定律，質量越小，輻射的能量越高。

太初黑洞是宇宙大爆炸時幾秒內形成的黑洞，其大小隻相當於一個質子，在所有的黑洞理論中，霍金輻射率與質量成反比。因為這個放射過程逐漸地降低黑洞的質量。很小質量的黑洞在其過程中，會出現一種類似於高壓放氣一樣，大量輻射爆發的最後階段。這個相當於一個氫彈產生數百萬噸的爆發力。在當前的宇宙年齡下，即使一個普通黑洞也不會失去所有的質量。然而，由於原生黑洞並非由恆星核心崩潰形成，他們可以是任意大小。並且太初黑洞的生命周期很短，因為其本身能夠放出大量的霍金輻射。一個原子大小的太初黑洞質量大約為10^4KG，溫度為6000度。當他進一步蒸發時體積會減小。根據霍金的描述黑洞最後會在一個爆炸中消失殆盡。