在物理學(xué)界,一項(xiàng)來自荷蘭的研究引發(fā)了廣泛討論。拉德布德大學(xué)的三位科學(xué)家——黑洞物理學(xué)家海諾·法爾克、量子物理學(xué)家邁克爾·翁德拉克以及數(shù)學(xué)家沃爾特·范·蘇伊萊科姆,在預(yù)印本平臺(tái)arXiv上發(fā)表了一篇論文,提出一個(gè)令人驚訝的觀點(diǎn):中子星、白矮星,甚至黑洞,這些曾經(jīng)被認(rèn)為“永恒存在”的致密天體,最終都會(huì)在漫長(zhǎng)的時(shí)間中逐漸“蒸發(fā)”消失,宇宙的未來或許將陷入一片虛無。
長(zhǎng)久以來,人們普遍認(rèn)為恒星在生命末期會(huì)演變成中子星、白矮星或黑洞。這些天體密度極高,被視為宇宙中的“硬骨頭”,似乎可以永恒存在。然而,荷蘭研究團(tuán)隊(duì)卻指出,這些天體并非如想象中那般穩(wěn)定,它們實(shí)際上正在經(jīng)歷一種緩慢的“漏氣”過程,最終會(huì)徹底消亡。
該團(tuán)隊(duì)通過復(fù)雜的計(jì)算發(fā)現(xiàn),不同致密天體的“壽命”差異巨大。中子星大約能維持10^68年,這個(gè)時(shí)間跨度極其漫長(zhǎng),與宇宙目前138億歲的年齡相比,猶如一秒鐘之于整個(gè)宇宙的壽命。白矮星由于密度稍低,存活時(shí)間更長(zhǎng),可達(dá)10^78年左右。而黑洞的情況則更為有趣,按照常規(guī)認(rèn)知,黑洞引力極強(qiáng),似乎最為“長(zhǎng)壽”。但研究顯示,超大質(zhì)量黑洞因平均密度較低,周圍時(shí)空彎曲程度相對(duì)緩和,反而能存活更久。不過,無論壽命長(zhǎng)短,所有致密天體最終都難逃“蒸發(fā)”的命運(yùn)。
有人可能會(huì)聯(lián)想到霍金輻射,畢竟霍金曾提出黑洞會(huì)因視界附近的量子漲落而逐漸蒸發(fā)。但荷蘭研究團(tuán)隊(duì)指出,他們的發(fā)現(xiàn)與霍金輻射有著本質(zhì)區(qū)別。霍金輻射主要針對(duì)黑洞,而中子星和白矮星沒有視界,它們擁有實(shí)實(shí)在在的表面,按照傳統(tǒng)理論,霍金輻射對(duì)它們并不適用。那么,沒有視界的天體為何也會(huì)“漏氣”呢?
研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用彎曲時(shí)空的量子場(chǎng)論進(jìn)行計(jì)算,發(fā)現(xiàn)在這些致密天體周圍,由于引力極強(qiáng),時(shí)空被嚴(yán)重彎曲。在這種極端環(huán)境下,真空中的“虛粒子對(duì)”行為發(fā)生了變化。通常情況下,真空會(huì)不斷產(chǎn)生一對(duì)對(duì)粒子和反粒子,它們剛出現(xiàn)就會(huì)相互湮滅,因此被稱為“虛粒子”。但在中子星等強(qiáng)引力天體附近,虛粒子對(duì)剛產(chǎn)生,就可能被強(qiáng)大的引力拉開,來不及湮滅。其中一個(gè)粒子獲得能量逃逸,另一個(gè)則落入天體內(nèi)部,導(dǎo)致天體能量損失。
不僅如此,這種“漏氣”現(xiàn)象不僅發(fā)生在天體外部,內(nèi)部同樣存在。天體內(nèi)部產(chǎn)生的虛粒子被吸收后,會(huì)使天體溫度升高,隨后以熱輻射的形式從表面釋放能量,進(jìn)一步加劇了能量的損失。無論是外部逃逸的粒子,還是內(nèi)部加熱后輻射的能量,都在緩慢地“掏空”這些致密天體。
研究中的一個(gè)關(guān)鍵概念是“致密性”,即天體實(shí)際半徑與它若變成黑洞時(shí)的半徑之比。這個(gè)比值越小,說明天體越接近黑洞狀態(tài),周圍時(shí)空彎曲越劇烈,量子輻射越強(qiáng),“漏氣”速度也就越快。這也是中子星比白矮星蒸發(fā)更快的原因。
這一發(fā)現(xiàn)徹底顛覆了人們對(duì)宇宙天體的傳統(tǒng)認(rèn)知。過去,人們認(rèn)為恒星死亡后形成的致密天體會(huì)進(jìn)入一種相對(duì)穩(wěn)定的“退休”狀態(tài),安靜地存在于宇宙中。如今看來,它們從誕生的那一刻起,就開啟了漫長(zhǎng)的倒計(jì)時(shí),只是這個(gè)倒計(jì)時(shí)的時(shí)間尺度長(zhǎng)得超乎想象。
想象一下未來的宇宙景象:如今我們仰望星空,滿天繁星閃爍,那是因?yàn)楹阈侨栽诎l(fā)光發(fā)熱。然而,經(jīng)過數(shù)百億年的演化,恒星逐漸熄滅,宇宙中只剩下這些致密天體。隨后,它們開始漫長(zhǎng)的“蒸發(fā)”過程,中子星率先逐漸縮小,接著是白矮星,最后連黑洞也消失不見。到那時(shí),宇宙中可能真的空無一物,沒有物質(zhì),沒有光,只剩下空蕩蕩的時(shí)空。這種結(jié)局與傳統(tǒng)的“熱寂”理論有所不同,熱寂描述的是能量均勻分布的狀態(tài),而這里則是物質(zhì)被量子效應(yīng)徹底“磨滅”。
當(dāng)然,這一研究也面臨著一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題:時(shí)間尺度過于漫長(zhǎng)。10^68年的時(shí)間跨度,不僅超出了人類的壽命,甚至可能連星系都無法等待到那一天。因此,有人質(zhì)疑這種理論如何驗(yàn)證。這也正是理論物理的獨(dú)特魅力與爭(zhēng)議所在,它探索的是極端條件下的自然規(guī)律,有些驗(yàn)證或許真的超出了人類文明的時(shí)間范圍。但無論如何,這種對(duì)宇宙終極問題的追問,正是科學(xué)探索的意義所在。











