宇宙预计在 10⁷⁸ 年内衰变，比先前认为的更快——关于 Hawking 辐射的最新研究
宇宙衰变的速度比我们想象的要快得多。这是三位荷兰科学家对所谓的 Hawking 辐射进行计算后得出的结论。他们计算出，最后的恒星残骸大约需要 10⁷⁸ 年才会消亡，这比之前假设的 10¹¹⁰⁰ 年要短得多。
研究人员已在 Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 上发表了他们的研究结果。
这项由黑洞专家 Heino Falcke、量子物理学家 Michael Wondrak 和数学家 Walter van Suijlekom（均来自荷兰奈梅亨 Radboud 大学）进行的研究，是他们 2023 年发表的论文 的后续。
在那篇论文中，他们表明不仅黑洞，而且其他物体，例如中子星，也可以通过类似于 Hawking 辐射的过程“蒸发”。在该出版物发表后，研究人员收到了来自科学界内外关于该过程需要多长时间的许多问题。他们现在在新文章中回答了这个问题。
最终结局
研究人员计算得出，如果仅考虑类 Hawking 辐射，宇宙的终结大约在 10⁷⁸ 年后。这是白矮星（最持久的天体）通过类 Hawking 辐射衰变所需的时间。
之前的研究没有考虑到这种效应，将白矮星的寿命定为 10¹¹⁰⁰ 年。主要作者 Heino Falcke 说：“因此，宇宙的最终结局比预期的要早得多，但幸运的是，它仍然需要很长时间。”
研究人员以严肃认真的态度并带着一丝幽默进行了计算。其基础是对 Hawking 辐射的重新解释。1975 年，物理学家 Stephen Hawking 提出，与相对论相反，粒子和辐射可以从黑洞中逃逸。在黑洞的边缘，可以形成两个临时粒子，在它们合并之前，一个粒子被吸入黑洞，另一个粒子逃逸。
这种所谓的 Hawking 辐射的后果之一是，黑洞会非常缓慢地衰变为粒子和辐射。这与 Albert Einstein 的 theory of relativity 相矛盾，后者认为黑洞只会增长。
中子星和黑洞一样慢
研究人员计算得出，Hawking 辐射的过程理论上也适用于具有 gravitational field 的其他物体。计算进一步表明，物体的蒸发时间仅取决于其密度。
令研究人员惊讶的是，中子星和恒星黑洞的衰变时间相同：10⁶⁷ 年。这是出乎意料的，因为黑洞具有更强的引力场，这应该导致它们更快地蒸发。
“但是黑洞没有表面，”合著者兼博士后研究员 Michael Wondrak 说，“它们会重新吸收一些自己的辐射，从而抑制了这个过程。”
人和月球：10⁹⁰ 年
因为研究人员无论如何都在研究这个问题，他们还计算了月球和人类通过类 Hawking 辐射蒸发需要多长时间。那是 10⁹⁰ 年。当然，研究人员巧妙地指出，还有其他过程可能导致人类和月球比计算出的更快地消失。
Radboud 大学数学教授 Walter van Suijlekom 补充说，这项研究是不同学科之间令人兴奋的合作，将天体物理学、quantum physics 和数学结合在一起会产生新的见解。
“通过提出这类问题并研究极端情况，我们希望更好地理解该理论，也许有一天，我们将揭开 Hawking 辐射的神秘面纱。”
更多信息： H. Falcke 等人，来自引力对产生的恒星残骸寿命上限，Journal of Cosmology and Astroparticle Physics。在 arXiv 上 (2024)。DOI: 10.48550/arxiv.2410.14734
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