暢遊科學海洋，共尋宇宙之妙，大家好，我是南城~
從許多方面來看，黑洞都是我們宇宙中存在的最極端的物體。黑洞通常是由大恆星死亡而形成的，其實質是大量質量集中到很小的一個小體積。在它周圍的某個空間區域內，沒有任何東西可以逃脫其引力，甚至光線也無法從黑洞中逸出。
但這並不意味著黑洞將永遠存在。相反，它們會因為一種稱為霍金輻射的現象而逐漸衰減，黑洞之外的空間曲率越強，衰減得越快。
那麼，根據霍金的這個理論，我們假設一個時間，就138億年之後吧，宇宙中存在的黑洞是否會變少呢？
答案是不會，這時候你就會奇怪，這不是就和剛剛說的互相矛盾了嗎，難道霍金錯了？不要著急，繼續往下看~
首先，我們要知道，宇宙中產生黑洞的原因有以下三種：
超新星，具有適當性質的大質量恆星在其核心中耗盡燃料，然後在其自身重力作用下坍塌，如果核心質量足夠高，就會導致出現黑洞；兩個恆星殘餘物（例如兩個中子星）的合併，前提是其中一個合併對象的總質量超過某個閾值；超級質量體坍塌，即大塊密集的物質自重超過臨界閾值，將氣體雲或大質量恆星直接變成黑洞；
再補充說明一些細節:
形成黑洞的質量臨界閾（yu，第四聲）值大概在2.5個太陽質量左右。如果質量低於該閾值，有的超新星或者恆星殘留物合併可能只會形成中子星。但是，如果質量超過，就將不可避免地形成黑洞。
黑洞還可以通過吸收外部物質或者合併成為更大，更重的黑洞。穿過黑洞影響區域的任何事物都會被添加到其總質量中。時至今日，有的黑洞的質量已高達太陽質量的數百億倍。
每個黑洞周圍都有一個影響區域，在該區域中，甚至沒有光都無法逃逸。任何進入該區域邊界的事物，無論其是否具有質量，都將被吸收到黑洞的中心奇點，從而增加黑洞的總質量。而且，隨著黑洞質量的增加，其影響範圍也會變大。
也就是說，黑洞擁有的質量（或能量）越多，其影響區域就越大。質量加倍，影響區域的半徑也加倍。
當然，這不是一篇單純的黑洞科普文啊，說這麼多是為了讓大家更好的理解我們下面的內容~（不過，這裡當做黑洞科普文來看也是可以的，無奈沒人推薦~南城最近閱讀量慘澹，厚著臉皮求個轉發，嘻嘻~）
下面言歸正傳，我們開始說說霍金的理論：
黑洞不斷發出輻射的，這會使它們非常緩慢地失去質量。其原因是：在真空狀態中，即使沒有物質或能量存在，也始終具有量子場。而根據宇宙能量相互作用的普遍規律（這裡主要是「能量最低原理」），這些場將始終朝著最低能量狀態發展。
但是我們平時對這些原理的所有計算都是在平坦，無彎曲的空間中完成的。如果您的空間是扭曲的，特別是如果扭曲得非常強烈（例如在黑洞的影響區域附近），則場的最低能量狀態將不同於平面空間。而是要通過計算彎曲空間（靠近黑洞）和平坦空間（遠離黑洞）的那些重要差異來得出其輻射情況，於是「霍金輻射」出現了。
從霍金輻射中能得到的東西非常重要。它告訴我們：
黑洞發射多少輻射；其質量/能量損失的速率是多少；輻射與黑洞的總質量及其影響區域大小的關係；黑洞發出的輻射的溫度是多少。這裡就出現了一個違反直覺的發現，由於質量大的黑洞具有較大的影響區域，因此對於質量最低的黑洞，霍金輻射的速率是最快且能量最高的。換句話說，質量越低的、越小的黑洞衰變越快。
那麼，想知道最快的黑洞衰變有多快，就要用到我們上面講的黑洞最低質量的閾值了：2.5個太陽質量。
當然，黑洞並不是與宇宙的其餘部分隔離的存在。它們和其他事物一樣都有可能遇到宇宙中存在的所有事物：恆星，行星，氣體，塵埃，等離子體，新星，暗物質，輻射等。即使是銀河系空間深處的黑洞（周邊不存在物質），仍有兩個東西抗衡它的輻射：星光和大爆炸的殘餘輝光。
宇宙中約有數萬億個星系，平均每個星系包含數千億顆恆星，以星光形式穿過宇宙的能量總量非常巨大：每立方米空間約有800萬電子伏特的能量。而宇宙大爆炸的餘輝，即宇宙微波背景發出的能量大約是它的30倍。
這意味著我們必須考慮這些情況，以了解黑洞是否隨時間逐漸衰減（失去的能量多於獲得的能量）或增長（損失的能量多於失去的能量）。宇宙可以產生的質量最低的黑洞發射的霍金輻射是黑洞質量和能量的最大損耗率，而黑洞從星光和宇宙微波背景吸收的能量是最小的吸收率。
那麼，進行這些計算時會得到什麼呢？
對於霍金輻射，該最低質量的黑洞（2.5個太陽質量）在25納開爾文的溫度下輻射，每秒發射大約10 -29 J的能量。對於星光和宇宙微波背景，相同的黑洞（大小與2.5太陽質量的黑洞相同）每秒總共吸收大約800 J的能量。
換句話說，輻射出的能量與吸收進來的能量相比少得可憐。平均而言，來自宇宙微波背景的單個光子所承載的能量平均比實際黑洞每秒發射的所有霍金輻射多一百萬倍。假設一個2.5太陽質量的黑洞每秒吸收約10到25個這些光子，那麼很明顯，宇宙中的每個黑洞都在增長而不是衰減。
如果希望黑洞更快衰減，有兩種選擇：
您可以降低其質量，或者你可以等如果您有一個僅比水星質量大的黑洞，它的霍金輻射率將足夠大以平衡吸收的輻射，而事實上，即使最小的黑洞也比水星大約1400萬倍。
如果宇宙冷卻到一定程度時，來自星光和宇宙微波背景輻射的能量會下降到霍金輻射發射的能量以下，但這也是遙遙無期的，這個時間之長我們難以估計。
現在我們可以知道的是，宇宙中存在的每個黑洞都會發出霍金輻射，並且如果您等待足夠長的時間，所有這些黑洞最終都會衰變。但是到目前為止，在我們的宇宙中實際存在的黑洞，甚至沒有一個黑洞開始衰減。從星光到大爆炸遺留下來的輻射的能量，能確保黑洞能夠吸收能量的速率比從輻射中損失掉能量的速率大得多。
自霍金首次發現黑洞發出輻射到現在已經過去了差不多45年之久，這個時間對於宇宙來說實在是太微小和不值一提了，以至於我們從未發現過黑洞衰減的跡象。除非有一個異常低質量的黑洞，或者宇宙冷卻時間因為某種原因變得超級（找不到詞來形容了~）快，否則我們將永遠看不到它。
為什麼發現了霍金輻射，黑洞還是正在增長，而不是衰減，天體物理學告訴了我們為什麼。
蟹蟹大家耐心看完，是不是想說點什麼呢，歡迎轉發評論哦！我們下期再見~