可能遍布整个宇宙的原初黑洞会撞上地球吗

北京时间 9 月 6 日消息，据国外媒体报道，在许多人看来，黑洞是宇宙中相当可怕的存在。它们无比黑暗，有着强大的引力，似乎有着某种不祥的意味。

如今，天体物理学家又提出了一种假想的黑洞类型：原初黑洞。这种黑洞不是由恒星坍缩而成，而是形成于宇宙的最初时刻，并充斥于我们现今的宇宙。

那么，一个这样的远古怪物冲向地球的几率有多大？一位天体物理学家对此进行了计算。

诞生于大爆炸

早期的宇宙既狂野又复杂，与我们今天所处的温和宇宙截然不同。在大爆炸的最初时刻，宇宙发生了剧烈的相变。尽管科学家们已经初步理解了大爆炸最初几分钟的物理现象，但在那之前发生的事情却一直笼罩在神秘之中 -- 相关的数学计算也异常复杂。

要形成黑洞，需要一些相当极端的条件，比如一颗恒星在其生命的最后时刻发生坍缩。在宇宙诞生的最初几秒钟里，恒星并不存在，但可能存在形成黑洞的合适条件；原初黑洞的形成，所需要的只是将大量的物质或能量塞进一个足够小的空间。

在宇宙遥远的过去，在我们尚未探测到的宇宙未知领域，可能正好存在一些条件，使原初黑洞充斥着整个宇宙。这些黑洞可能有不同的质量，取决于它们形成的条件。不过，科学家几十年来对原初黑洞的搜索毫无结果，使人们对它们的兴趣逐渐减弱。直到不久前，我们终于有了一个高效的探测工具 -- 激光干涉仪引力波天文台（LIGO）。

当 LIGO 首次探测到黑洞碰撞所产生的引力波时，天文学家发现，这些黑洞的质量相当奇特，每一个都有太阳质量的几十倍。这个质量范围很难通过常规的恒星黑洞合并来实现，因为这样的合并事件必须足够频繁，才有可能形成如此规模的黑洞。于是，原初黑洞又回到了天文学家的视野当中。

寻找原初黑洞

关于早期宇宙发生的各种过程，如果有某种奇特的机制能产生黑洞的话，那就不会只产生几个黑洞，而是会充满整个宇宙。事实上，宇宙中可能存在着足够多的原初黑洞，至少可以作为一部分暗物质的解释；据天文学家估计，神秘的暗物质占宇宙中所有物质的 80% 以上。

最近发表在预印本数据库 arXiv 上的一篇论文中，科学家假设宇宙中可能存在着数量惊人的小型黑洞。它们会经历怎样的变化？

事实上，黑洞并不是 100% 黑色的，它们会通过霍金辐射失去质量。霍金辐射是发生在黑洞事件视界的复杂量子力学过程，允许一些粒子和辐射从黑洞逃逸。黑洞越小，其质量损失就越快。小于 1 亿吨的黑洞 -- 比一颗典型的小行星略轻 -- 在当前的宇宙年龄中将失去大约一半的质量。对于更大的黑洞，在当前的宇宙年龄下，只会因霍金辐射损失一小部分质量。

每个星系中小型黑洞的总数取决于星系中有多少暗物质，以及每个黑洞有多大。不过，无论怎么分，不同星系中应该都有很多小型黑洞。

而且，这些黑洞的运行都很快。根据计算机模拟和星系动力学的观察结果，暗物质的速度超过每秒 160 公里。以这样的速度，一个小行星质量的黑洞可以在几周内覆盖木星和地球之间的距离。那么，我们应该害怕这些黑洞撞上地球吗？

原初黑洞与地球的碰撞

如果一个小行星质量的黑洞撞击地球会发生什么？简单来说：灭顶之灾。黑洞会像一把加热的刀刺穿黄油一样，刺穿我们星球的表面；另一方面，黑洞会立即开始减速，因为它会与地球的引力相互作用。任何原子或分子（或者我们每个人）在穿过事件视界之后，就会从已知的宇宙中溜走，再也看不见。事件视界是黑洞的边界，在这个边界之内，任何东西，甚至光，都不能逃脱。

在最理想的情况下，黑洞会从地球的另一侧离开，留下幸存者来收拾残局。在最糟糕的情况下，黑洞会落在地核的位置，在那里地球的引力将足以让黑洞开始"进食"。最终，黑洞会吞噬我们整个星球。

值得庆幸的是，根据这篇论文的计算，黑洞落在地核上的几率相当小 -- 它们的运行速度实在太快了。

另一方面，地球与黑洞的遭遇还会导致另一个令人不快的结果：升温。在穿过地球的过程中，黑洞会吸积物质，而吸积会产生热量（激活星系核的也是这种热量）。一个小行星质量的黑洞撞上地球后，最终释放的能量与 1 公里宽的小行星撞击所释放的能量差不多。在 6500 万年前，一颗如此规模的小行星撞击地球后，导致了恐龙的灭绝。

幸运的是，黑洞碰撞可能非常罕见。根据这篇论文的计算，在最"乐观"的情况下（以科学家的标准，即星系中黑洞的数量达到最大值的情况），可能每十亿年左右才会发生一次碰撞。因此，对于所谓的黑洞撞地球，我们不必过于担心。