黑洞有壽命嗎？達到宇宙最低温度的巨型黑洞壽命超出想象

關注科學的朋友應該都知道黑洞就是恆星演化後的終極天體，簡單的説如果説恆星有壽命，那麼黑洞就是它死得最徹底的屍體！那麼問題似乎就來了，一具屍體它還有壽命嗎？

恆星是怎麼演化成黑洞的？

能演化成黑洞的恆星都是質量比較大的，比如超過太陽質量20-30倍以上，因為引力坍縮要突破中子簡併態的質量有一個下限，大約是電子簡併態的內核要達到3.2個太陽質量以上，那麼它將無可避免地被突破這一層窗户紙，直達暗黑無解的天體黑洞！

曾經最早是形容電子的，這在量子力學的發展史上可謂是濃墨重彩的一筆，泡利在1925年通過分析試驗得到的結果！早在1913年玻爾就提出了他量子化並不徹底的原子模型，中心是原子核，電子分別在不同能級的軌道上做運動，電子在臨近的軌道之間可以通過躍遷來相互轉變，但這對於電子是不穩定的，它會重新回到自己的軌道（能級）上來，這個稱謂基態，相當於電子的水平面！

玻爾的模型成功解釋了氫原子的譜線，但哪怕是兩個電子的氦原子上嘗試解釋都不成功，因此在1922年玻爾又建立了遞建原理，給出了原子中電子排布原則是電子會佔據最低能量空位，但根據能量最低原理，理論上電子都應該會圍繞在原子核周圍的最低能量電子層。

泡利獲得博士學位後成為波恩的助手期間，為原子光譜學中的反常塞曼效應所困擾，而且他對對應的電子層最多能夠容納的電子數量排序：2、8、28、32這個整數列很感興趣，他在1924年受到了愛德蒙·斯通納最先給出各個原子的正確電子排布的論文啓發，提出了每個填滿的電子亞層都擁有2（2L+1）個電子，因為每一個電子都只能佔據一個獨特的量子態，在1925年泡利正式提出了著名的不相容原理！

玻色子（左），費米子（右）

所以從原子級別開始壓縮後，對抗引力坍縮的不是四大作用力，而是費米子泡利不相容的簡併力，這個力可比想象的要強大得多，太陽的內核最終坍縮而成的不過是白矮星，而號稱宇宙中“最大”的恆星盾牌座UY最終不過坍縮成中子星而已，最後階段費米子中子的簡併力支撐下不再坍縮，形成中子星！

但大麥哲倫星系蜘蛛星雲中的R136a1未來的最終能夠坍縮成黑洞，因為它質量夠大，引力坍縮可以突破中子簡併態，直接將其壓縮為沒有物理尺寸的一個奇點！

各種質量的恆星未來發展

恆星終極迴歸就是黑洞，但恆星並不是黑洞形成的唯一通道，宇宙大爆炸初期形成的原初黑洞就是其中另一條路子，這種黑洞不受奧本海默極限限制，因此它們可以形成極大或者極小的黑洞，當然我們今天討論的黑洞壽命也只能是原初黑洞，因為恆星級黑洞的壽命實在是太久了！

黑洞還能再演化嗎？它的終極結局是怎麼樣的？

黑洞當然還能繼續演化了，比如通過吸積盤吞噬大量物質，發出強烈的X射線輻射被我們發現，第一個黑洞天鵝座X-1就是這樣被發現的，還有LIGO探測器的第一例引力波就是雙黑洞合併所產生，但這似乎也不是黑洞演化，也不過是合併分店麼，我們今天討論的是正兒八經的黑洞生老病死的問題。而不是一味地看它長大，那實在很無聊，從幾倍的太陽質量大小的黑洞到幾百億倍，啥時候是個頭啊（恆星型黑洞其實也沒法長那麼大）

霍金輻射是一種以量子效應理論推出的黑洞散發的熱輻射，這個理論最早於1974年被物理學家霍金提出，它能以黑洞壽命的方式來解釋黑洞是符合一點點被蒸發掉的！因為霍金輻射能讓黑洞慢慢失去質量，最終消失！

黑洞是量子力學和廣義相對論打架的地方，因為量子力學認為一個小到不能再小的點是無法同時確定位置和動量的，而廣義相對論卻認為卻是一個瞭解所有參數的點，兩者無法統一，但並不妨礙在視界以外推測黑洞的物理特性，霍金推導出符合彎曲時空的量子場論框架的霍金輻射，它們被一個温度和黑洞的質量成反比的黑體發出。

一個太陽質量的黑洞温度大約為60nK，因此這個黑洞吸收的會比自身更多的微波背景輻射，因此它壽命無限？其實不然，等下我們再繼續。一個質量和月亮差不多的黑洞温度大約為微波背景輻射的2.7K，它會保持平衡，但更小的黑洞温度會更高，因此輻射將會使它逐漸丟失質量，最終黑洞消失！

大黑洞就永生了嗎？其實並不會，隨着宇宙膨脹，微波背景輻射從誕生38萬年時的等離子狀態下降到到了當前的2.7K左右，未來將會降到更低，因此隨着宇宙微波背景輻射繼續降低，大黑洞也會逐漸入不敷出，慢慢被消耗，但這時間超級超級久！比如：

恆星型黑洞大約可以存在：10^66年

超大型黑洞大約可以存在：10^90年

所以宇宙大爆炸早期誕生的微型原初黑洞現在也找不到了，因為它們可能已經蒸發殆盡，要麼已經長成了怪物，但我們無法區分早期這些天體是什麼，根據黑洞無毛定律，根本無法區分形成黑洞之前的天體性質！