书城科普读物地球的终结
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第92章 黑洞期:距今14-192年

黑洞之所以能够在简并期幸免于难,完全是由于一个原因:它们不是由物质组成的。

第五章详细介绍过黑洞,从根本上说,黑洞就是一种密度极高的物体,它的逃逸速度等于或超过光速。一旦一个黑洞形成,没有什么“消息”能从它那里出来,它基本上是与宇宙隔绝的。曾经组成它的物质,或者任何落入其中的物质,都已消失,没有什么可衰变的。因此,它们坚持了下来。

再过14年,我们就会进入黑洞期。

在简并期发生大范围的衰变时,出现了一个奇特的景象。因为在衰变的过程中质量最高的物体倾向于下沉,较轻的上浮,在这个过程结束后,星系的实际构成是:(1)一个处于中心位置的,已经“吃掉”很多坠入其中的恒星级小黑洞的超高质量黑洞;(2)非常多的落向星系中心但还没有被消耗掉的恒星级黑洞;(3)一群处在远处的低质量的天体,它们中的很多已经与星系完成脱离了关系。

在大范围的衰变过程中,中心位置的黑洞可能会“消耗掉”整个星系质量的1%~1%。因此,对于一个起初具有1亿个恒星的星系来说,在简并期的末尾,内核的黑洞的质量会是太阳质量的1亿或者2亿倍。

不过,不是所有的星系都是“独居的”。前面讲过,宇宙的地平线会收缩,但是引力会对其有抵消作用。有些星系存在于星团之中,如室女座星团,它由一千多个星系通过万有引力绑在一起。和单独的星系衰变的过程相似,室女座星团在足够长的时间范围内也会衰变。当衰变完成,星团将由一个质量高达太阳1万亿倍的单一星系组成。最终,这个单一的室女座星系也会衰变,内核中黑洞的质量将达到太阳的一千亿倍!

不过,由于视野非常有限,我们永远也无法观测到那个黑洞。我们被太阳系内核中的质量是太阳1亿倍的黑洞吸附着,这种依附关系应该很稳定吧?

我们在第五章讲过,黑洞也会衰退。这个过程叫做霍金辐射(Hawking radiation),由首先提出这一论断的物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的名字命名。虽然这种提法还只是理论上的——我们手头并没有可以用来做实验的黑洞——但是它是建立在非常成熟的物理学基础上的。基本的原理是:由于奇特的量子力学作用,黑洞以亚原子颗粒的形式将其质量辐射出去。这个过程是极其慢的,而且黑洞的质量越高这个过程越慢。

不过,在说到“慢”这个词时要小心。当我们有一万个万亿万亿万亿年可用时,“慢”将被重新定义。假定有足够的时间,黑洞将通过霍金辐射完全衰变。

恒星级的黑洞,质量最小的是太阳的3倍。如果一个接一个地射出颗粒,要把6×127吨的黑洞消耗完毕,需要很长一段时间:大约166年。对于今天的我们来说,那仿佛代表着永远。不过相比于驱散超高质量的黑洞所需的时间,这只是眨眼的功夫。质量是太阳的1亿倍的、曾是银河系(还有仙女座和许多其它来自本星系群的星系)中心的黑洞衰退干净需要的时间是:192年!

事情就是这样。我曾经试图提出一些比喻,如果宇宙至今为止的生命周期是蜂鸟翅膀的一次煽动的话,那么192年将是,嗯……我放弃。即使是拿蜂鸟翅膀的一次煽动比作宇宙当前的年龄,也完全找不到任何能作为192年的类比。反正那就是一个非常长的时间跨度,我能想到的最贴切的比喻就是拿一个质子的质量与整个宇宙来比,不过这种比喻没有任何意义。比喻应该使得事情更容易理解,谁知道质子的质量和整个宇宙的质量?这个比率又是多少?

而且,这个比喻并不准确。192年与现在宇宙的年龄的比率大约是182,而宇宙的质量与一个质子的质量的比率是179.相差甚远。

因此我放弃了。你现在可以自己想象一个合适的比喻。

不过不管怎样,我们似乎已经完事了。宇宙中质量最高的物体已经通过宇宙中最慢的过程衰变了。宇宙中什么也没有了。能观察到的整个宇宙将只有一百万或两百万光年宽,它由无数的电子、正电子、中微子、一小撮外来的颗粒和能量极低的光子组成。它将是一个非常稀薄的真空,比今天存在的任何东西都要稀薄。

都在这里了。一旦黑洞走了,宇宙中的任何我们熟悉的东西都会随它而去。

宇宙将会死去。