黑洞有寿命吗达到宇宙最低温度的巨型黑洞寿命超出想象

关注科学的朋友应该都知道黑洞就是恒星演化后的终极天体,简单的说如果说恒星有寿命,那么黑洞就是它死得最彻底的尸体!那么问题似乎就来了,一具尸体它还有寿命吗?

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能演化成黑洞的恒星都是质量比较大的,比如超过太阳质量20-30倍以上,因为引力坍缩要突破中子简并态的质量有一个下限,大约是电子简并态的内核要达到3.2个太阳质量以上,那么它将无可避免的被突破这一层窗户纸,直达暗黑无解的天体黑洞!

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费米子不相容的简并态
曾经最早是形容电子的,这在量子力学的发展史上可谓是浓墨重彩的一笔,泡利在1925年通过分析试验得到的结果!早在1913年玻尔就提出了他量子化并不彻底的原子模型,中心是原子核,电子分别在不同能级的轨道上做运动,电子在临近的轨道之间可以通过跃迁来相互转变,但这对于电子是不稳定的,它会重新回到自己的轨道(能级)上来,这个称谓基态,相当于电子的水平面!

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玻尔的模型成功解释了氢原子的谱线,但哪怕是两个电子的氦原子上尝试解释都不成功,因此在1922年玻尔又建立了递建原理,给出了原子中电子排布原则是电子会占据最低能量空位,但根据能量最低原理,理论上电子都应该会围绕在原子核周围的最低能量电子层。

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泡利获得博士学位后成为波恩的助手期间,为原子光谱学中的反常塞曼效应所困扰,而且他对对应的电子层最多能够容纳的电子数量排序:2、8、28、32这个整数列很感兴趣,他在1924年受到了爱德蒙·斯通纳最先给出各个原子的正确电子排布的论文启发,提出了每个填满的电子亚层都拥有2(2L+1)个电子,因为每一个电子都只能占据一个独特的量子态,在1925年泡利正式提出了著名的不相容原理!

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玻色子(左),费米子(右)
所以从原子级别开始压缩后,对抗引力坍缩的不是四大作用力,而是费米子泡利不相容的简并力,这个力可比想象的要强大得多,太阳的内核最终坍缩而成的不过是白矮星,而号称宇宙中“最大”的恒星盾牌座UY最终不过坍缩成中子星而已,最后阶段费米子中子的简并力支撑下不再坍缩,形成中子星!

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但大麦哲伦星系蜘蛛星云中的R136a1未来的最终能够坍缩成黑洞,因为它质量够大,引力坍缩可以突破中子简并态,直接将其压缩为没有物理尺寸的一个奇点!

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各种质量的恒星未来发展
其实黑洞并非只有恒星演化一条路
恒星终极回归就是黑洞,但恒星并不是黑洞形成的唯一通道,宇宙大爆炸初期形成的原初黑洞就是其中另一条路子,这种黑洞不受奥本海默极限限制,因此它们可以形成极大或者极小的黑洞,当然我们今天讨论的黑洞寿命也只能是原初黑洞,因为恒星级黑洞的寿命实在是太久了!
黑洞当然还能继续演化了,比如通过吸积盘吞噬大量物质,发出强烈的X射线辐射被我们发现,第一个黑洞天鹅座X-1就是这样被发现的,还有LIGO探测器的第一例引力波就是双黑洞合并所产生,但这似乎也不是黑洞演化,也不过是合并分店么,我们今天讨论的是正儿八经的黑洞生老病死的问题。而不是一味的看它长大,那实在很无聊,从几倍的太阳质量大小的黑洞到几百亿倍,啥时候是个头啊(恒星型黑洞其实也没法长那么大)

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霍金辐射是一种以量子效应理论推出的黑洞散发的热辐射,这个理论最早于1974年被物理学家霍金提出,它能以黑洞寿命的方式来解释黑洞是符合一点点被蒸发掉的!因为霍金辐射能让黑洞慢慢失去质量,最终消失!

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