黑洞解釋-由誕生到死亡｜ Kurzgesagt

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黑洞是一種奇怪的存在

它們看似不合乎常理

它們從何而來？

而如果你掉入黑洞又會發生什麼事？

恆星大得驚人，其成份主要是氫原子

由龐大的氣體雲因自身的引力而塌陷所形成

在它們的核心，核聚變將氫原子合成氦原子，釋放出極大量的能量

這些能量以輻射形式，向外抵抗著引力

在兩股力（引力和輻射壓力）之間，維持著微妙的平衡

只要核心有核聚變發生

恆星便能維持穩定

但是，對於質量遠比太陽大的恆星

在高溫及高壓的環境下，它們的核心可以以核聚變形成較重的元素

直至形成鐵

與鐵之前的元素不同

核聚變形成鐵的過程，並不產生能量

鐵在恆星的中心累積

直至它到達臨界點

輻射壓力與引力突然失衡

核心便向內塌陷

在極短時間內，恆星發生內爆（一般爆炸是向外；而內爆則是向內塌陷）

以光速的四分之一倍內陷

提供更多質量給予核心

宇宙中所有較重的元素就在這非常時刻形成

接著的超新星爆炸標誌著恆星的死亡

這可能會形成中子星

或者，如果恆星質量夠大

整個恆星的質量便塌陷成一個黑洞

如果你望向一個黑洞

你所看到的只是它的「事件穹界」（又稱「事界」）

任何東西越過事界

需要以超光速的速度才能逃脫

換言之，這是不可能

所以我們只能看見一個不反射任何東西的黑色球面

如果事界是黑洞「黑」的部分

那黑洞「洞」的部分呢？

「奇點」

我們不肯定它是什麼

奇點的密度可能無限大

即是黑洞所有質量都集中在空間中的一點

它沒有面積，沒有體積

或者是與我們所想的完全不同

現在，我們仍不知道

這就好像「除以零」的錯誤（「除以零」即分母為零的分數，其結果沒有定義，計算機會顯示為錯誤）

順帶一提，黑洞不會像吸塵機般吸走附近的東西

如果把太陽換成同等質量的黑洞

對地球沒有什麼影響

當然，我們將會凍死

當你跌入黑洞時會發生什麼事呢？

黑洞附近的時間會有所不同

從外面看

當你接近事界，你看似慢下來

你所感受到的時間會較慢

到達某一點時，你就好像靜止不動，你的時間停下來（對於外面的觀察者）

你的顏色會漸漸變紅，最终消失（引力紅移現象）

而在你的角度

你會看到整個宇宙在快速向前演化

類似看見未來一樣

現在，我們不知道接下來會發生什麼事

但我們認為，將會是以下兩種結果的其中一種

一：你會死得很快

黑洞大幅扭曲時空

一旦你越過事界

只剩下唯一一個方向

你可以想像成，在事界內

你只可以向一個方向走

就好像你在一條小巷，每走一步，後方的路都會不斷封鎖

黑洞的質量非常集中

即使是很短的距離

你身體不同部分會感受到百萬倍的引力差異

當你的身體不停被拉扯，你的細胞被撕開

直到你變成高溫的流動電漿

只有一個原子的大小

二：你會死得更快

當你一跨過事界

你會撞到一道火牆並馬上被毀滅

兩種情況都不特別令人舒服

你的死亡速度取決於黑洞的質量

一個細小的黑洞在你進入事界前已經將你殺死

而你可能可以在一個大質量的黑洞的事界內停留一會

根據經驗，你離奇點愈遠，你能生存更久

黑洞有不同大小

有的是星際黑洞

只有太陽質量的幾倍

而直徑與小行星相約

有的是超大質量的黑洞

它們位於每個星系的中心

而已被持續「養活」了上十億年之久

目前，已知的最大質量黑洞是 S5 0014+81

是太陽質量的四百億倍（40,000,000,000 倍）

直徑長 2,367 億公里（236,700,000,000 公里）

是太陽與冥王星之間的距離的 47 倍

就算黑洞那麼強大

它們終會透過叫「霍金輻射」的過程被蒸發掉

要明白它的原理

我們需要考慮真空

真空並不是完全「空無一物」的

而是充斥著虛對粒子，它們成對出現，又互相煙滅對方

當這發生在黑洞的邊緣時

其實一個虛對粒子會被拉入黑洞

而另一半則逃離黑洞，變成真實粒子

所以黑洞正在流失能量

這個過程起初非常慢

隨黑洞縮細，該過程（流失能量）慢慢加快

當它的質量相等於大型小行星的質量

它以室溫流失能量

當它的質量相等於一座山的質量

它以太陽的溫度流失能量

而在它被完全蒸發掉前一秒

黑洞會爆炸並釋放出相等於十億個核彈的能量，然後被完全蒸發掉

但這過程非常緩慢

我們已知最大的黑洞

要用上 10^100 年才會蒸發掉（Googol = 10^100，即 1 之後有 100 個零）

這段時間長得很，沒有人可以見證到最後一個黑洞被蒸發掉

遠在這件事發生前，宇宙已變得不適合居住

這個故事還未完

關於黑洞，還有很多有趣的想法

我們會在第二部分繼續探討