黑洞的寿命是多少？

ehNZUcIj

黑洞的寿命是多少？

fvhPHALo

一般说来质量大于3个太阳质量的恒星演化晚期就会形成黑洞。因此，可以说黑洞是大质量恒星的归宿。
从经典物理的角度来看，黑洞作为大质量恒星的“终态”，寿命是永恒的。这并不难理解，毕竟“黑洞”这个名字的由来便是因为它只吸收物质却不会放出物质这一特性来起的。所以直到上世纪70年代以前，物理学家普遍认为黑洞就像不死的幽灵一样，隐藏在宇宙的黑暗角落里。
不过这一观点在上世纪70年代发生了革命性的转变，著名的物理学家史蒂芬霍金在经典引力中考虑了量子效应，通过弯曲时空量子场论的方法证明了黑洞实际上并非“有进无出”的。黑洞存在热辐射——辐射谱满足黑体辐射的性质！由于这一过程会使得黑洞的质量减少，我们又形象地把这个过程称为“黑洞蒸发”。这彻底改变了物理学家对黑洞的看法，黑洞不再是一个永恒的物体。
现在我们就可以利用黑洞蒸发理论估算黑洞“寿命”。
考虑最简单的史瓦西黑洞，这是一类不带电、不旋转的球对称黑洞。
黑洞的温度跟它的质量成反比。因此一个确定质量的黑洞可以确定它的温度。
有了温度以后，根据黑体辐射理论中斯特凡-玻尔兹曼定律可以计算出单位时间单位面积的黑洞热辐射带走的能量，从而得到黑洞的“寿命”。
我给出的计算结果如下（具体推导过程需要用到3点，首先是黑洞的面积与质量的平方成正比，其次是黑洞的能量与质量成正比，最后是黑体辐射的斯特凡-玻尔兹曼定律）：



我们得到黑洞的“寿命”与其质量的立方成正比。
据以上的公式可以估算得到，一个原子核大小的黑洞，它的寿命跟目前的宇宙年龄几乎一样大。而一个太阳质量的黑洞，它的寿命约为十的65次方年，比宇宙的年龄大十的54次方倍！
因此，我们可以得到两个结论：①因为恒星坍缩形成的黑洞质量都要大于3个太阳质量，因此这些大黑洞的寿命几乎是无穷大的。②大黑洞的热辐射是非常弱的，这也是为什么天文学实验中从未观测到大黑洞的热辐射。

kuaizio

黑洞是恒星的最终归宿，一般人会认为黑洞会永远存活下去，但黑洞的史蒂芬霍金辐射却表明，黑洞也有寿命，黑洞的寿命和其质量有关，质量越大的黑洞寿命越长，质量越小寿命越短。这和动物世界差不多，大型动物普遍寿命长一点，小型动物普遍短一点，微型动物细菌什么的几个小时就生老病死全套走完了，其实整个宇宙莫不如此。
那么寿命最长的黑洞能存在多久，最短的又能存在多久呢？
在史蒂芬霍金证明黑洞能发出辐射之前，黑洞被认为只会贪婪地吸取周围的一切，甚至连光都不放过，不会发射出任何东西，因而所有落入黑洞的物质和信息都不能出来，黑洞的最终命运是什么谁也不知道。这就带来一个问题，既然我们无从得知黑洞最终会怎样，我们又如何知道宇宙最终会走向什么方向呢？
史蒂芬霍金认为，在真空中由量子涨落产生的虚粒子对，其中一颗有可能在湮灭之前落入黑洞，另一颗就必然会被提升为实粒子。这就违背了能量守恒定律，因此这颗粒子的质量一定是从黑洞本身质量而来，这样黑洞就形成了一种辐射，这种辐射以史蒂芬霍金的名字被命名为史蒂芬霍金辐射。
一般黑洞由于不断吸取周围的物质，吸收的物质比发出的要多得多，因而可以存活非常长的时间。科学家们测算，一般恒星死亡产生的黑洞可以存活10^66年，而超大质量黑洞则可以活10^99年，所以宇宙的归宿至少得等所有的黑洞都蒸发掉才会明朗。
而小黑洞则辐射的能量比吸收的多，因而会逐渐失去质量。大爆炸模型表明，大爆炸后最初的一小段时间有着极高的温度与压强，因而物质密度的简单波动就可能形成原初黑洞，但我们迄今没有发现这类黑洞，很有可能就是因为它们质量太小，到现在已经蒸发殆尽。理论认为，大型强子对撞机也可能产生微型黑洞，但这类黑洞质量极小，在产生的瞬间就会蒸发，因而不会对地球造成任何威胁，所以也不会带来世界末日。
由于黑洞的质量可以是普朗克质量以上的任何质量，所以最小黑洞的质量应该和普朗克质量差不多，那么它的寿命差不多也就是普朗克时间稍长一点吧，5.39X10^-44秒，小到你连人生都无法怀疑。
需要说明的是，史蒂芬霍金辐射是第一个令人信服的量子引力理论，但目前还未实际观察到史蒂芬霍金辐射的存在。史蒂芬霍金曾经说过，如果能验证史蒂芬霍金辐射确实存在，他就可以得诺贝尔奖了。

uqgtvoqjar

上海科技报科普问答主持人：主任记者 吴苡婷
黑洞，是宇宙中一种质量相当大的天体，产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在灭亡后，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。当它的半径一旦收缩到小于史瓦西半径，黑洞就诞生了。它的质量之大，以至于连光子都无法逃逸，因此也就无法由天文学的手段直接观测到。

黑洞是恒星在其生命周期的末期演化的结果。然而，并非所有恒星演化到末期都会形成黑洞，只有那些质量较太阳3倍以上的恒星最终才会形成黑洞。而像太阳那么大的恒星，最终会演化称为白矮星。
既然黑洞已经是恒星生命周期的末期了，那么黑洞的寿命有极限吗？
答案是有的。有一种黑洞叫做原初黑洞，它是宇宙早期膨胀之前，它的密度分布不均匀。有某些密度非常大的区域，可以直接形成黑洞。因此，原初黑洞的质量可以小于一般恒星。而根据史蒂芬霍金所揭示的黑洞的特征，黑洞以黑体辐射的形式蒸发，质量越小的黑洞，蒸发的速度越快，一些质量较小的黑洞可能已经蒸发掉了。而那些由恒星坍缩形成的，或者本身质量较大的黑洞（比如超大质量黑洞、中介质量黑洞、恒星黑洞），虽然本身有其寿命，但它们的蒸发时间要远远超过宇宙的年龄。

xujiahui

本来黑洞的寿命应该是无限的，因为在早期计算中，它是个只吃不吐的怪物，只会不断吸入物质能量，而不会放出任何辐射。既然不会只进不出，当然只有变大的份了，既然只能变大，寿命自然就天长地久了()
后来有个苏联人发现自转黑洞会往外幅射能量，不过他在与当时的相对论权威基普索恩（就是电影《星际穿越》的科学顾问，去年因引力波发现得了诺贝尔物理学奖的那个）讨论时，被索恩泼了几盆冷水，就放弃了继续研究，然后交给了他的两个研究生继续研究。结果被史蒂芬霍金知道了这事，史蒂芬霍金凭借炒鸡牛鼻的计算能力后来居上，先于两位研究生发表了计算结果，后面的事大家都知道了，这个现象被以史蒂芬霍金的名字命名为史蒂芬霍金辐射。但史蒂芬霍金也确实不负众望，他不单漂亮地证明了自转黑洞能产生辐射，同时任何不自转的黑洞也能产生辐射。

并且他也给出了具体的计算公式，目前这条史蒂芬霍金辐射的计算公式就刻在史蒂芬霍金对墓碑上。

看不清来张特写：



T=（hc）/（8πGMk）
注意，这里的T并不是表示时间，而是表示温度（temperature）_(:D)∠)_可以看到黑洞的温度是与其质量成反比的，温度越高意味着辐射越高，当然这些辐射并不是从视界内发出的，而是从视界外发出的。这个在很多史蒂芬霍金辐射的科普文里有介绍在此就不多作解释了。
而黑洞的辐射温度决定了黑洞的寿命，温度越高辐射能量就越大，黑洞蒸发就越快寿命也就越短了。我找到的数据是：
一个太阳质量的黑洞辐射的温度大约60nK，远低于宇宙微波背景辐射的温度，也就是它在目前的宇宙背景温度下质量只增不减。
一个月球质量的黑洞辐射的温度大约2.7K，刚好相当于宇宙微波背景辐射的温度，所以它刚好在平衡状态，在史蒂芬霍金辐射下质量既不增也不减。
只有少于这个质量的黑洞才会在目前的宇宙背景下蒸发，这小于月球质量的黑洞只能在大爆炸初期产生，现在应该已经死得差不多了()
所以问题答案是：黑洞的寿命不确定，要根据质量、背景温度、周围物质丰度等诸多因素综合计算。反正随便一个恒星级黑洞的寿命都比目前的宇宙年龄长。