微型黑洞

微型黑洞，又稱作量子黑洞(quantum mechanical black holes)或者迷你黑洞，是很小的黑洞。被稱作量子力學黑洞是因為在這個尺度之下，量子力學的效應扮演了非常重要的角色。

基本介紹

• 中文名：微型黑洞
• 外文名：quantum mechanical black holes
• 領域：量子力學

簡介

微型黑洞，又稱作量子黑洞(quantum mechanical black holes)或者迷你黑洞，是很小的黑洞。被稱作量子力學黑洞是因為在這個尺度之下，量子力學的效應扮演了非常重要的角色。

有可能這些量子層級的原生黑洞是在早期的宇宙（或者大爆炸時期）裡面高密度的環境，或者是在隨後的相變裡面被產生出來。透過因霍金輻射效應所預計散射出的粒子，在不遠的未來，說不定天文物理學家可以觀測到這些黑洞。

有些涉及到多次元的理論，預測存在一些微型黑洞的質量可以小到電子伏特的範圍，這種程度的能量可以在像是LHC（大型強子對撞機，Large Hadron Collider）這種粒子對撞機裡面產生出來。因此有一些大眾擔心這會導致世界末日（參見大型強子對撞機粒子對撞實驗的安全性）。然而，這種量子黑洞會很快的蒸發（evaporate）掉，僅僅留下很小的互動作用或者全部消失。而且除了這些理論之外，我們注意到射向地球的宇宙線並沒有對地球產生任何傷害，即使這些宇宙線的質心帶有的能量也高達了數百TeV。

黑洞的最小質量

原則上，黑洞的質量可以是高過普朗克質量的任何質量。要製造一個黑洞，我們必須要集中質量或能量到逃脫速率超過光速的程度。這個狀況給出了史瓦西半徑公式，，這裡G是牛頓常數，c是光速，M是黑洞的質量。另外，康普頓波長（，這裡是普朗克常數）代表了質量M在靜止時可以被定位的最小範圍。對足夠小的M，縮小後的康普頓波長超過了史瓦西半徑的一半，而這樣則無法存在有關此黑洞的描述（因為無法被定位）。因此可以推斷出，最小的黑洞質量大約是普朗克質量。

一些現在物理的延伸斷定了更高維度空間的存在。在更高維度的時空，重力的強度在距離縮短時，增加的幅度會比起三維空間要高。在某些特定處理多維的理論下，這個效應會將普朗克尺度降低到TeV左右的範圍。這類物理延伸理論的範例包含了大額外維度，藍道爾–桑壯模型（Randall-Sundrum）內的特例，以及弦理論的一些處理像是GKP解法。在這些假說之下，微型黑洞的產生有可能是在大型強子對撞機內就可以觀測到的重要現象。並且也很可能會是宇宙射線就常常引發的一種自然現象。

黑洞

黑洞（英文：black hole）是根據廣義相對論所推論、在宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體和星體（並非是一般認知的“洞”概念）。黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡後，發生引力坍縮而形成。黑洞的質量是如此之大，它產生的引力場是如此之強，以致於大量可測物質和輻射都無法逃逸，就連傳播速度極快的光子也逃逸不出來。由於類似熱力學上完全不反射光線的黑體，故名黑洞。在黑洞的周圍，是一個無法偵測的事件視界，標誌著無法返回的臨界點，而在黑洞中心有一個密度趨近於無限的奇點。

當恆星內部氫元素全部核聚變完畢時，因燃料用完無法抵抗自身重力而開始向內塌陷，但隨著壓力越來越高，內部的重元素會重新開始燃燒導致瞬間膨脹，這時恆星的體積將暴增至原先的數十倍至百倍，這便是紅巨星，質量更大的恆星則會發生超新星爆炸，無論是紅巨星或是超新星，都會將外部物質全部吹飛，直到連重元素也燒完時，重力又會使得恆星繼續向內塌陷，最後形成一顆與月球差不多大小的白矮星，質量稍大的恆星則會形成中子星，會放出規律的電磁波，至於質量更大的恆星則會繼續塌陷，強大的重力使周圍的空間產生扭曲，最後形成一個密度每立方公分約一億噸的天體:“黑洞”。直至目前為止，所發現質量最小的黑洞大約有3.8倍太陽質量。

黑洞無法直接觀測，但可以藉由間接方式得知其存在與質量，並且觀測到它對其他事物的影響。藉由物體被吸入之前因高熱而放出紫外線和X射線的“邊緣訊息”，可以獲取黑洞的存在的訊息。推測出黑洞的存在也可藉由間接觀測恆星或星際雲氣團繞行黑洞軌跡，來獲取位置以及質量。

黑洞是天文物理史上，最引人注目的題材之一，在科幻小說、電影甚至報章媒體經常可見將黑洞作為素材。迄今，黑洞的存在已得到天文學界和物理學界的絕大多數研究者所認同，並且天文界不時提出於宇宙中觀測到已存在的黑洞。

根據英國物理學者史蒂芬·霍金於2014年1月26日的論據：愛因斯坦的重力方程式的兩種奇點的解，分別是黑洞跟白洞。不過理論上黑洞應該是一種“有進沒出”的天體，而白洞則只能出而不能進。然而黑洞卻有粒子的輻射，所以不再適合稱其名為黑洞，而應該改其名為“灰洞”，先前認為黑洞可以毀滅信息情報的看法，是他“最大的失誤”。

人工生成微型黑洞

如右圖。來自中科院雜誌科學世界。

研究認為，如果存在高維空間的話，利用LHC使粒子加速對撞，或許能生成微型黑洞，一般來說里洞是巨大恆星的中心因自

洞。一

來說，黑洞是巨大恆星的中心司

身重力被壓縮成的密度極高的天體。由於強大的引力阻礙了光的行進，因此，甚至連光都會被黑洞吞噬而無法逃逸。

研究認為， 不單單是恆星，任何物質被壓縮到極高密度的話，都會形成黑洞。例如，地球(質量大約為6.0x 10-*千克)的半徑大約為6378千米，如果把地球壓縮為半徑1厘米左右的話，就會形成黑洞。引力在高維空間裡變得極其強大

以LHC現有的能量使粒子加速對

無法將粒子壓縮到足以形成黑洞那么小(無法囚禁在一個小的區域內)的尺度，因此，通常情況下不會生成黑洞。不過，如果存在捲曲到極小尺寸隱藏起來的高維空間的話，近距離的引力甚至會增大到10*倍(參見第54頁)。結果，憑藉LHC現有的能量，粒子之間也會被高維空間的巨大引力而吸引，從而形成黑洞(右圖)。

然而，利用這種方法形成的黑洞尺寸極小，不但不能憑藉強大的引力來吞噬周圍的物質，反而會向周圍釋放光子等各種粒子而在瞬間(10 2秒左右)蒸發殆盡(參見第56頁)。

通常來說， 當粒子相互碰撞而生成各種粒子時，新生成的粒子種類及數量會因發生碰撞的粒子種類不同而有所側重(例如，帶電粒子相撞時，會生成較多的帶電粒子等)。不過，“黑洞蒸發時，會釋放出光子，膠子和電子等各種粒子，但這些粒子不會集中在某特定種類， 這是黑洞的特點。”淺並教授說。

如果能夠把粒子囚禁做利用維空間的強大引力來形成黑洞。

黑洞

但瞬間就蒸發掉

形成黑洞，但瞬間就張文和速對撞形成黑洞，但黑洞瞬間

飛散的粒子

國播發生對撞的粒子在黑洞內因極強的5機相會營速繞轉，但從黑洞外面看不到。立與空宙中的大型黑洞不同， 微型黑洞會釋放出合行科工以飛散到周圍空間的粒子為線系，月以wK極短的時間內蒸發掉。是否形成了黑洞。

質子相撞的地方

形成了黑洞? !

上圖為LHC的CMS檢測器在2015年觀測到的數據。數據表明，

質子相撞很可能形成了黑洞，但黑洞瞬間就蒸發了 .並向周圍

因黑洞蒸發而生成的粒子

釋放出光子等各種粒子。不過這個事例也可以用其他觀點解

釋,因此，尚無法確定是否形成了黑洞。