|
由于霍金辐射的发射，黑洞的寿命是有限的。然而，对于大多数已知的天体物理黑洞来说，黑洞完全蒸发和消失所需的时间远远长于当前的宇宙年龄。例如，一个质量相当于太阳的黑洞需要2×10^67年才能蒸发，而宇宙的年龄只有13.8×10^9年（因此，黑洞蒸发所需的时间将是当前宇宙年龄的10^57倍以上！）
黑洞蒸发时间 质量M黑洞蒸发时间的公式是： 由于时间与质量的立方成正比，一个质量比它大10倍的黑洞蒸发的时间要长1000倍，质量比它小10倍的黑洞蒸发的时间是它的1/1000。如果有一个质量足够小的黑洞，它将在短时间内蒸发。例如，质量为2.2×10^5kg的黑洞将在1秒左右蒸发！这大约是蓝鲸的质量——但是“蓝鲸”黑洞的直径只有6×10^(-22)米，大约是质子直径的百万分之一。相比之下，太阳质量黑洞的直径为6000米，地球质量黑洞的直径为1.7厘米。 人们认为，超新星爆炸产生的天体物理黑洞的最小质量将是几个太阳质量。一个质量约为1个太阳质量的黑洞将在大约2×10^66年内蒸发。
黑洞温度 黑洞蒸发的原因是它们的温度，由以下公式给出： 所有有温度的物体都会发出辐射。注意，随着质量的降低，温度会升高！对于一个单太阳质量黑洞，这个公式给出的温度只有60纳米开尔文（600亿分之一开尔文），这是非常冷的，但不完全在绝对零度。在60纳米开尔文的太阳质量黑洞将主要发射无线电波的频率约为1800周期/秒（远远低于AM无线波段），其波长约为160公里。 现在，宇宙微波背景辐射的温度是2.7开尔文。一个质量等于月球的黑洞的温度大约为2.7开尔文。这意味着，质量大于月球质量的黑洞实际上会在我们当前的宇宙中获得质量，因为它们的温度将低于宇宙微波背景(CMB)温度，因此它们从正在捕获的CMB光子中获得的能量将大于它们在霍金辐射中辐射的能量。但CMB的温度将随着时间的推移而持续下降，接近0K，因此最终所有黑洞都将蒸发。
黑洞的最后一秒 前面提到的黑洞只持续1秒（质量为“蓝鲸”）将在5.6×10^17K的温度下开始最后一秒，在它生命的最后一秒，它发射的所有辐射的总能量将是500万吨TNT！这一能量大约是地球上所有国家核武库总量的1000倍，是一天内撞击地球表面的太阳能总量的1.4倍。现在，如果黑洞的质量是原来的两倍大，蒸发需要8秒（因为它增加了3米），而且它所释放的总能量将是原来的两倍。所以总能量的一半在最后一秒释放，另一半在前7秒释放。
因此，黑洞每单位时间发射的能量呈指数增长——但对于典型的天体物理黑洞来说，它的初始值非常小，以至于它们“几乎”要永远爆炸！很明显，在黑洞蒸发的最后阶段，它们的行为就像非常热的物体发出大量辐射，最终在生命的最后阶段爆炸。请注意，所有的黑洞都以同样的方式结束他们的生命，以同样的爆炸方式结束。它们的初始质量只是改变蒸发和爆炸所需的时间。 在霍金1974年发表的题为“黑洞爆炸？”，他说： “……在黑洞寿命接近尾声时，其发射率将非常高，在最后0.1s内将释放约10^30个erg。按照天文标准，这是一次相当小的爆炸，但相当于大约100万颗100万吨的氢弹。” 霍金辐射中发射的是什么？ 在黑洞生命的大部分时间里，它主要会发射非常长波长（冷）光子（换句话说，低频无线电波）。 中微子有一个非零的静止质量，因此随着温度的升高（随着黑洞的缩小），在某个点上，黑洞除了光子之外，还可能开始发射中微子。我们认为中微子的质量是1eV的一部分，所以当黑洞的温度上升到116000K以上时，它就会开始发射中微子。在这一点上，黑洞将变成“白色”，因为它将发射光谱可见范围内的光子，就像我们的太阳一样。当黑洞的质量相当于地球质量的百万分之一或50万亿（10^12）“蓝鲸”时，中微子的发射就会开始。这种发射可见光和中微子的机制将在黑洞离爆炸还有10^23倍于当前宇宙年龄时开始。这个质量的黑洞只有细胞膜的厚度那么大。所以它会很小很热很长一段时间！
同样，当黑洞的温度达到100亿开尔文（10^10K）时，电子和正电子也会被发射出来。在这一点上，黑洞也将发射非常高能的伽马射线以及电子、正电子和中微子。当黑洞缩小到大约5600万“蓝鲸”时，这一切就开始了，它离最终爆炸的距离仍将是目前宇宙年龄的40万倍。 随着温度越来越高，黑洞会发射出更多种类的粒子和反粒子——基本上，如果黑洞的温度足够高，足以产生这些粒子，它就会。黑洞生命周期的最后几微秒或纳秒的细节将取决于量子引力的细节——我们目前还没有量子引力理论能够计算出这些细节。 原始黑洞？ 然而，我们目前还没有任何证据表明，在我们的宇宙中黑洞的质量小于太阳质量。从理论上讲，大爆炸时可能会产生更小的（原始的）黑洞。如果它们在合适的质量范围内，可能在138亿年后的今天爆炸。天文学家一直在寻找这种爆炸，但没有成功。为了让黑洞爆炸，它在大爆炸时的质量必须是大约与760000头“蓝鲸”相当。相比之下，太阳质量黑洞与10^25头“蓝鲸”相当。
目前还没有已知的天体物理过程能在我们的宇宙中产生质量远小于几个太阳质量的黑洞。今天能产生的最小黑洞是由恒星超新星爆炸的残余物形成的。问题是，对于较小的恒星，超新星爆炸的残余物最终会成为白矮星或中子星。只有更大恒星的超新星爆发才会产生比几个太阳质量还重的残余。超过几个太阳质量的残余物不会在白矮星或中子星阶段停止，而是继续坍缩成为黑洞。 黑洞蒸发的时间演化与功率输出 以下列表显示：黑洞蒸发和爆炸所需的时间。在该时间段开始时输出的瞬时功率。都是黑洞质量的函数。 这个表使用我们方便的“蓝鲸”质量单位（2.2×10^5kg）来表示黑洞的质量。功率单位是指太阳每秒传送到地球表面的总能量。 因此，一个质量为100头蓝鲸的黑洞将在大约12天内爆炸，在这12天的开始，它将和地球一样“明亮”，如果它是完全白色的，并反射太阳的所有光线。请注意，与典型的恒星相比，这不是很亮！事实上，在黑洞生命的最后一秒所释放出的总能量仅为同一秒太阳总能量输出的2万分之一。然而，太阳的能量主要以可见光光子的形式释放，而黑洞的大部分能量将来自非常、非常高能的伽马射线和各种类型的粒子。
事实上，在任何黑洞生命的最后一个“当前宇宙年龄”阶段，由于在其生命的最后138亿年中其温度大于10^11k，它将主要发射高能伽马射线。因此，当费米伽马射线太空望远镜指向一个原始黑洞时，如果它碰巧在附近的某个地方蒸发，卫星也许能够探测到爆炸的伽马射线特征。这是费米的设计目标之一——然而，到目前为止还没有看到黑洞伽马射线爆炸。 有人担心大型强子对撞机可能会产生微观黑洞。不幸的是，要想精确计算任何关于黑洞大小的东西，我们需要量子引力理论。在“正常”弦理论中，最小的黑洞的质量大约为普朗克质量（普朗克质量可以持续几次），但大型强子对撞机的能量是14个数量级，太小，无法达到这个能量，所以“正常”弦理论会说，大型强子对撞机永远不会产生黑洞。
然而，也有一些推测性的弦理论，在这些理论中，大型强子对撞机可能能够制造出一个黑洞。然而，这些黑洞也几乎会立即蒸发（在非常非常小的一秒钟内），爆炸时产生的能量与制造它们的能量完全相同，因此对大型强子对撞机探测器来说，它看起来与任何其他大型强子对撞机类似。黑洞“爆炸”最显著的特征是产生的粒子是以球对称分布产生的。到目前为止，大型强子对撞机上还没有发生过此类事件。 人们担心，大型强子对撞机可能创造的微观黑洞可能吞噬了地球，这是完全错误的，因为它们会蒸发得如此之快。事实上，有实验证据表明，这些黑洞不可能吞噬地球，因为地球还没有被吞噬！原因是宇宙射线的能量可以比大型强子对撞机的能量高出许多个数量级，所以在过去的45亿年中，这些类型的黑洞会经常被制造出来——然而我们仍然在这里！ |
