黑洞是爱因斯坦的广义相对论预言的一个特殊天体。由于它的超高密度和超重力,周围的时空是无限弯曲的,甚至光也无法逃逸,因此人们把它描述为“进出不去的怪物”。虽然黑洞甚至无法逃逸光线,也无法直接观察到这个天体的存在,但科学家可以通过伽马射线暴间接观察黑洞的存在,伽马射线暴是黑洞吞噬天体时吸积盘的亮度变化,或者通过引力透镜的方法。2019年,科学家们通过世界各地的多个观测点,形成了一个孔径与地球直径一样大的虚拟黑洞地平线望远镜,并首次“拍摄”了形状像“甜甜圈”的黑洞。
反物质在宇宙中也是一种同样奇特的存在。由于它的组成、电荷和微观粒子的运动模式与现实世界中的完全相反,因此无法直接观察到它。长期以来,人们一直没有意识到反物质在现实世界中的存在。毕竟,宏观层面和微观层面都由我们认为以合理形式存在的“积极物质”组成。我们认为这样一个宇宙和这样一个世界是整个宇宙的基本特征。
然而,1932年,美国科学家安德森首次发现了“正电子”(与普通电子的负电荷相反)。20世纪50年代,科学家们相继发现了自旋方向相反的负质子和反中子。这些发现极大地颠覆了人们对真实宇宙的理解。科学家们逐渐意识到,在整个宇宙中,每一种微粒都会有对应的反粒子。也许在特殊情况下,这些反粒子可以形成反天体,反天体,甚至反星系,与真实的宏观世界相反,只是我们不能直接看到它们。
从概念上讲,反物质属于物质概念的范畴。它的组成是基本的反粒子。在现实世界中,正粒子和对应的反粒子不仅具有相同的质量值和相反的电荷,而且所有能够描述这些粒子物理特性的性质都是相反的。当等量的反粒子和正粒子、反物质和正物质相遇时,由于“相反引力”的作用,它们将在很短的时间内结合并“湮灭”,最终以高能伽马射线的形式释放,而原始粒子和反粒子将消失。
从上面对黑洞和反物质的描述可以看出,它们都是宇宙中最极端的东西。一个可以吸收任何物质(除非黑洞比黑洞本身大,否则两者会猛烈合并形成一个更大的黑洞),另一个可以用同样数量的正物质“湮灭”并消失。如果把反物质和黑洞放在一起,谁能活到最后?我想很多人一定都想过这个问题的答案。
首先,如果从真实科学的角度来讨论,两者之间就没有可比性。你为什么这么说?因为黑洞是一个固体天体,无论它多么“霸道”,它最终都是由“正物质”组成的。由于强引力引起的无限时空弯曲,它无法被观测到。
反物质本身就是对物质本质的描述。它与“正物质”相反,并不指某一种状态。理论上,反物质是反物质,反质子是反物质,反原子是反物质,反恒星当然是反物质,也许宇宙中有一个反黑洞。因此,与现实世界中由正物质组成的“黑洞”相比,没有衡量反物质威力的标准。反物质是一种参考不清的东西。
第二,在真实的宇宙中,我们没有观察到由“湮灭”引起的大规模伽马射线爆炸。从某种意义上说,在整个宇宙中几乎不可能存在由反物质组成的反星系。即使我们降低标准,假设存在一颗由反物质组成的巨大恒星,也有可能在反物质寿命结束后,在剧烈崩塌下形成一个反黑洞。
然而,根据大爆炸理论,在宇宙形成之初,量子涨落形成的正物质和反物质并不完全相等,正物质是反物质总量的10亿倍。在大量的湮灭事件之后,大量剩余的正物质将聚集成当前宇宙中的行星、恒星和星系。即使少量反物质逃脱了正物质湮灭的命运,但现在只有在宇宙的某些角落,它不再与普通物质和天体相遇。因此,从理论上讲,由反物质组成的天体不太可能在宇宙中遇到黑洞。
第三,如果我们排除了上述不可能性,并假设不同形式的反物质真的与黑洞相遇(假设这里是恒星黑洞),会发生什么?答案很简单。它取决于由反物质组成的物体的大小。例如,如果一个反原子被黑洞的引力吸入事件视界,在它被吸入黑洞与之对抗之前,事件视界吸积盘中的一个正原子将与其“湮灭”,并释放一定量的能量。然后反原子和正原子消失,这不会引起一点“涟漪”。
当由反物质组成的反天体的规模达到行星级时,在接近黑洞的过程中,黑洞吸积盘中的大量正物质会在很短的时间内在反行星中找到一个反原子,然后在很短的时间内“湮灭”无数次,释放巨大的能量和伽马射线。虽然这个过程非常激烈,但黑洞的状态不会受到影响。
除非反天体的规模达到更大的水平,例如反恒星或反黑洞的水平,否则黑洞周围由正物质组成的吸积盘不会有更多的正物质和反物质被湮灭,因此剩余的反物质进入黑洞的视界。在坍缩到奇点的过程中,原子和小正负粒子之间的湮灭继续发生。
如果反物质的总量小于正物质的总量,黑洞仍将是黑洞,但其规模和“能量”将大大降低。如果反物质的总量大于黑洞中正物质的总量,比如更大的反黑洞和正黑洞的相遇,那么现实世界中的黑洞将不再存在,剩下的将是更难观察到的“弱化”反黑洞。如果正黑洞和负黑洞的大小完全相同,并且包含相同数量的物质,那么黑洞和反黑洞将同时消失而不留痕迹。
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