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一個比頭發(fā)還細(xì)的黑洞怎么可能殺死一個人？

當(dāng)事件視界中一個質(zhì)量等于月球千分之一、直徑小于1微米的原始黑洞穿過你的身體時，后果不是一個小傷口那么簡單：這個微型黑洞的巨大引力可以讓你瞬間死亡。

圖片來源：Pixabay

撰文 亞伯拉罕洛布（Abraham Loeb）

翻譯 洪藝瑞

審校 吳非

有科學(xué)家認(rèn)為，在宇宙誕生之初，宇宙視界尺度上的輻射密度顯著增加，一些密度極高的區(qū)域可能會發(fā)生引力坍縮，最終坍縮形成黑洞。

而我們實際觀測到的宇宙微波背景輻射強(qiáng)度變化，一般只是形成黑洞所需變化的十萬倍。目前，這種輻射強(qiáng)度的變化只能在大的空間尺度上觀察到。但在很小的尺度下，由于存在能量更高的新物理，可以發(fā)生更大的強(qiáng)度變化。雖然現(xiàn)有的宇宙學(xué)數(shù)據(jù)只表明這種現(xiàn)象在理論上是可能的，但是暗物質(zhì)的存在給了我們額外的理由來認(rèn)真考慮這個假設(shè)。

宇宙中的物質(zhì)主要是暗物質(zhì)。雖然科學(xué)家們多年來一直試圖在宇宙或?qū)嶒炇抑胁蹲桨滴镔|(zhì)粒子的蹤跡，但在這一領(lǐng)域仍然沒有進(jìn)展。而原初黑洞(pbhs)或許就是一種暗物質(zhì)候選粒子.天體物理學(xué)研究表明，質(zhì)量過高或過低的原始黑洞不可能是暗物質(zhì)，但如果它的質(zhì)量在月球質(zhì)量的十億分之一到一千分之一之間，或者等于直徑為1-100公里的小行星的質(zhì)量，它就可能是暗物質(zhì)。

6600萬年前，正是這樣一顆小行星撞擊了地球，使得恐龍(非鳥類)和地球上近3/4的其他物種滅絕。這是一個發(fā)人深省的滅絕事件，它提醒我們，即使是遙遠(yuǎn)的天空也可能是災(zāi)難的源頭。為了防止此類事件再次發(fā)生，我們可以搜索從小行星表面反射的陽光，以檢測可能到達(dá)地球的小行星。2005年，美國國會要求NASA尋找90%直徑超過140米的天體，這些天體可能對地球構(gòu)成威脅。當(dāng)時導(dǎo)致恐龍滅絕的希克蘇魯伯小行星直徑約10公里。

在這一目標(biāo)的指引下，“潘星”天文望遠(yuǎn)鏡和薇拉魯賓天文臺相繼建成。這些望遠(yuǎn)鏡利用太陽來幫助我們探索看不見的黑暗區(qū)域，它們可以完成美國國會要求的三分之二的目標(biāo)。如果我們能提前探測到向地球飛來的小行星，我們就有機(jī)會偏轉(zhuǎn)它們。但是不像這些小行星，原來的黑洞不反射太陽光，所以我們無法用這種方式探測到它們。它們確實發(fā)出微弱的霍金輻射，但是對于一個質(zhì)量超過月球百萬分之一的天體，它們的亮度甚至比0.1瓦的迷你燈泡還要弱。這種隱形是我們擔(dān)心的原因之一。

薇拉魯賓天文臺(資料來源：魯賓天文臺。/NSF/AURA)

但也許值得思考的是：如果最初的黑洞在這些由暗物質(zhì)構(gòu)成的原初黑洞，是否會對人類構(gòu)成威脅？,與人體接觸，它將代表早期宇宙和最近宇宙的一次偉大相遇：在大爆炸后1飛秒(10-15秒)內(nèi)產(chǎn)生的不可見物質(zhì)與138億年后產(chǎn)生的智慧生命相遇。即便如此，你也不希望這種“相遇”發(fā)生在自己身上。

我來解釋一下為什么。我將主要解釋在允許范圍內(nèi)質(zhì)量較大的原始黑洞，也就是那些質(zhì)量是月球千分之一的黑洞。質(zhì)量較小的原始黑洞雖然比較常見，但影響力較弱。質(zhì)量是月球千分之一的原始黑洞，其視界只有原子直徑的1000倍左右。

可能有人會認(rèn)為這么小的物體穿過身體造成的傷害微乎其微。對于宇宙射線等高能粒子來說是這樣，但對于原始黑洞來說就完全不同了。在原始黑洞的強(qiáng)大引力下，我們的身體會在它穿過時瞬間坍塌成幾厘米.參考銀河系中暗物質(zhì)暈的速度，一個典型的原始黑洞以大約每秒100公里的速度運動，它的強(qiáng)大引力將在10微秒內(nèi)繼續(xù)拉動我們的身體。這個原始黑洞造成的疼痛，就像一個超級吸力的微型吸塵器，迅速穿過我們的身體，導(dǎo)致我們的肌肉、骨骼、血管和內(nèi)臟迅速收縮。這種扭曲程度是人類

完全無法承受的，并且會立即引發(fā)死亡。

那么，我們遭遇這種慘烈事故的概率有多大呢？一個粗略的計算或許可以讓你松一口氣。如果上述質(zhì)量的原初黑洞由暗物質(zhì)構(gòu)成，那么在我們的一生中，與原初黑洞相遇的概率大約為1/1026。也就是說，在地球上現(xiàn)居的80億人中，其中一個人與黑洞相撞的概率大約為1/1016。如果10億年后人口仍然保持在現(xiàn)在的水平，那么從現(xiàn)在到那時之間，有人與黑洞相撞的概率約為1/109。而在此之后，太陽將蒸干地球上所有的海洋，地球也將變得不再宜居。

即使我們把其他星系中的行星也考慮在內(nèi)，那么在整個可觀測的宇宙范圍內(nèi)，最多約有1萬億“人”會因與原初黑洞相撞而死亡。因此，我們大可放心地假設(shè)，我們中沒有人會遭受這種滅頂之災(zāi)。在多重宇宙中，考慮的范圍更廣，并且如果存在更加危險的其他形式的暗物質(zhì)，那死亡人數(shù)或許會更多。

但是，那些處于太陽系邊緣，罕見且不可見的天體也可能是原初黑洞，比如假想中的第九行星。在最近的一篇文章中，我和我的學(xué)生阿米爾·西拉杰（Amir Siraj）提出，通過薇拉·魯賓天文臺觀測原初黑洞與奧爾特云中的巖石撞擊時產(chǎn)生的耀斑，我們可以探測到整個太陽系中的原初黑洞。

顯然，人類遭遇其他災(zāi)難（例如小行星撞擊）的風(fēng)險要比與原初黑洞相撞的概率高得多。在這一點上，恐龍應(yīng)該深有體會。上述數(shù)據(jù)表明，我們無需為了原初黑洞在夜里輾轉(zhuǎn)難眠，也不必特地升級我們的醫(yī)療保險。身處新冠疫情和氣候變化兩大危機(jī)之中，這算得上是自然母親傳遞給我們的好消息，我們應(yīng)該對此感到高興。

關(guān)于作者：

亞伯拉罕·洛布是哈佛大學(xué)天文學(xué)系前主任，哈佛和史密森天體物理中心理論與計算研究所所長。

https://www.scientificamerican.com/article/death-by-primordial-black-hole/

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本文轉(zhuǎn)載自公眾號“環(huán)球科學(xué)”

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