太初黑洞有多大

你可以想象一颗具有十倍太阳质量的恒星。在它的大约十亿年寿命的大部分时间里，该恒星在其中心把氢转化成氦而产生热。释放出的能量会产生足够的压力，以支持该恒星去抵抗自身的引力，这就产生了半径约为太阳半径五倍的物体。从这种恒星表面的逃逸速度大约是每秒一千公里。也就是说，一个以小于每秒一千公里的速度从该恒星表面点火垂直上升的物体，会被恒星的引力场拖曳回到表面上来，而具有更大速度的物体会逃逸到无穷远去。

当恒星耗尽其核能，那就没有东西可维持其向外的压力，恒星就由于自身的引力开始坍缩。随着恒星收缩，表面上的引力场就变得越来越强大，而逃逸速度就会增加。当它的半径缩小到三十公里，其逃逸速度就增加到每秒三十万公里，也就是光的速度。从此以后，任何从该恒星发出的光都不能逃逸到无穷远，而只能被引力场拖曳回来。根据狭义相对论，没有东西可能比光旅行得更迅速。

 

其结果就是一颗黑洞：这是时空的一个区域，从这个区域不可能逃逸到无穷远。黑洞的边界被称作事件视界。它对应于从恒星发出的刚好不能逃逸到无穷远的，而只能停留在施瓦兹席尔德半径处徘徊的光线的波前。施瓦兹席尔德半径为R=2GM/c^2，这里G是牛顿引力常数，M是恒星质量，而c是光速。对于具有大约十倍太阳质量的恒星，其施瓦兹席尔德半径大约为二十公里。

 

现在有了相当好的观测证据暗示，在诸如称为天鹅X－1的双星系统中存在大约这个尺度的黑洞。也许还有相当数目的比这小得多的黑洞散落在宇宙之中。它们不是由恒星坍缩形成的，而是在炽热的高密度的介质的被高度压缩区域的坍缩中产生的。人们相信在宇宙启始的大爆炸之后不久存在这样的介质。这种“太初”黑洞对我将在这里描述的量子效应具有最大的兴趣。一颗重十亿吨的黑洞具有10-13厘米的半径，只有一颗中子或质子的尺度。它也许正绕着太阳或者绕着银河系中心公转。

“太初黑洞”是指在宇宙前期极高的温度和压力下所产生的黑洞。因为其特殊的形成原因，其质量很小,根据霍金的黑洞辐射定律，质量越小，辐射的能量越高。

 

太初黑洞是宇宙大爆炸时几秒内形成的黑洞，其大小只相当于一个质子，在所有的黑洞理论中，霍金辐射率与质量成反比。因为这个放射过程逐渐地降低黑洞的质量。很小质量的黑洞在其过程中，会出现一种类似于高压放气一样，大量辐射爆发的最后阶段。这个相当于一个氢弹产生数百万吨的爆发力。在当前的宇宙年龄下，即使一个普通黑洞也不会失去所有的质量。然而，由于原生黑洞并非由恒星核心崩溃形成，他们可以是任意大小。并且太初黑洞的生命周期很短，因为其本身能够放出大量的霍金辐射。一个原子大小的太初黑洞质量大约为10^4KG，温度为6000度。当他进一步蒸发时体积会减小。根据霍金的描述黑洞最后会在一个爆炸中消失殆尽。

 

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