宇宙中存在着数不尽的天体,包括恒星、超新星、中子星以及黑洞等天体。这些天体又构建了星系、星云等复杂的天体系统。其中黑洞类天体是最特殊的存在,它就像是宇宙中的清道夫,吞噬者一切。
这就产生了一个问题,宇宙中的黑洞就像传说中的神兽貔貅一样,只进不出,很多天体被吸进去之后不见出来。按照常识,这些物体就算体积再怎么缩小,最终也应该有体积存在。既然有体积,那黑洞就会不断扩大,然后引力增强,在吸引更多周边的天体。
在这样的循环之下,黑洞体积越来越大,引力越来越强,最终会吞没宇宙中的所有天体才对。但事实是,宇宙中虽然有很多黑洞,不乏一些超大型的黑洞。但没有一个黑洞能扩张到吞噬宇宙的,就连银河系中心的黑洞,都无法吞噬银河系。
那黑洞为什么无法无限扩大,无法吞噬宇宙呢?
要解答这个问题,我们需要知道黑洞究竟是什么?一个天体的形成过程,可以简述为引力不断吸引的过程。最初在一片宇宙尘埃之中,由于万有引力的作用,尘埃最中心的物质聚合在了一起,经过上亿年时间的缓慢吸引,最终成为了一颗体积庞大的星核。
这个星核还在不断地吸收周围的物质,最终越吸越大,内核中心的压力、温度也越来越大,最终达到了核聚变的临界值,整个星体燃烧了起来。到此为止,一个星球就到了自己的第一阶段,成为了恒星。而恒星吸收的宇宙尘埃,则凝聚成了恒星周边的行星(体积比恒星小很多)。
第二阶段,恒星内部经过数亿年的核聚变反应,内部核燃料消耗殆尽,恒星内部原子之间的排斥力与引力的平衡被打破。此时会出现两种情况,恒星内核里的物质被引力压缩后,成为中子,此时中子之间的排斥力平衡了引力,就成为了中子星。
不过也会出现另一种情况,中子之间的排斥力无法平衡引力,中子本身在引力的作用下,再次被压缩,最终形成了密度无限高的物质。此时就形成了我们所知的黑洞,其高质量产生的引力,会将靠近它的物体都吸进去,就像宇宙中的清洁工。
在我们的印象中,黑洞是一个无底洞,但也是有体积的。黑洞的确能无限地吸收身边的物质,但这会出现两个障碍,防止它无限扩展。第一个障碍,就是空旷的宇宙,黑洞的引力的确很大,但并没有大到能将所有星体都吸引过去。
况且宇宙是非常空旷的存在,比如太阳系直径接近一光年,但恒星只有一颗,行星八颗,这就包含了太阳系内99%的物质总和了。所以,空旷的宇宙只能慢慢吸引更远的天体过来,在吞噬后再增加自身引力,过程太漫长,增加的引力也很少,所以在一定程度上限制了黑洞的扩张。
第二个阻碍,就是霍金辐射。根据爱因斯坦的质能方程,被黑洞吸收的物质会转化成能量,并且以这种方式走出黑洞。在能量过多的情况下,就会形成粒子和反粒子。
粒子会被黑洞吸引向核心进发,而反粒子则会向粒子的反方向运动,也就是向黑洞外运动。这个过程就是黑洞向外释放能量的过程,被称为霍金辐射。既然能量和物质都通过霍金辐射向外跑了,自然无法无限扩展,也就不能吞噬宇宙了。
甚至黑洞还会因为霍金辐射的原因,最终泯灭在宇宙之中!
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