新研究发现：宇宙大爆炸诞生的原初黑洞可演化成白洞

IT之家 6 月 4 日消息，一项新研究表明，宇宙大爆炸时期诞生的黑洞寿命远比此前预估的要长。事实上，这些微型原初黑洞的存续时间，足以演化成能够向外喷涌能量、质量仅和一根人类眉毛相当的白洞。一张示意图展示了黑洞转变为白洞前后的状态据IT之家了解，原初黑洞被认为是由宇宙大爆炸瞬间后充满宇宙的极度炽热致密物质的涨落形成的，这和我们熟知的恒星级（天体物理型）黑洞截然不同，后者由大质量恒星坍缩生成。迄今为止，人类尚未探测到原初黑洞，其仍只停留在理论猜想层面。不少科学家认为人类没能探测到小型天体物理黑洞，是因为它们早已蒸发，在拥有 138 亿年历史的宇宙中不复存在。这套推论的依据是：上世纪 70 年代霍金提出，黑洞会以热辐射的形式向外散失能量，也就是霍金辐射。黑洞质量越小，自身温度越高，霍金辐射的外泄速度就越快，蒸发进程也越迅猛，科学界推测这类黑洞最终会以一场剧烈爆炸迎来消亡。恒星级黑洞的质量最高可达太阳的数百倍，体型巨大、温度偏低，能量散失速度极其缓慢，寿命远超宇宙现有年龄的数倍；而质量远小于恒星级黑洞的原初黑洞，此前科学界普遍认定它们难逃快速消亡的命运。美国埃伯利理学院研究员丹尼尔・帕莱佐及其团队却提出：质量恰好落在特定区间的原初黑洞，可以熬过蒸发阶段，发生颠覆性的形态转变。“我们测算发现，黑洞的实际寿命远长于以往认知。”帕莱佐在接受 Space.com 采访时表示，“我们发现的物理现象适用于宇宙早期形成的黑洞。人类目前还没有观测到这类天体，但将其作为暗物质候选体进行探索是一个备受关注的研究热点。黑洞会通过释放霍金热辐射逐步走向消亡，关键谜题在于：当黑洞质量缩减至普朗克质量（约 20 微克）时会发生什么。”一颗跳蚤卵大小的黑洞普朗克质量约为 2.2×10⁻⁸千克，是物理学中的基础质量常量，它的特殊之处在于：在这一质量尺度下，描述微观粒子的量子物理规律，与支配引力的广义相对论规律拥有同等重要的作用。物理学家将普朗克质量视作单个基本粒子的质量上限，任何粒子质量一旦超出该数值，就会坍缩形成微型黑洞。通俗来讲，普朗克质量大致等同于一根眉毛或是一颗跳蚤卵，重量仅为一颗软糖豆的五万分之一。帕莱佐介绍，原初黑洞蒸发至普朗克质量后就成为普朗克黑洞，科学界对它的结局有着多种猜想，其中一种猜想是：界定黑洞边界、困住光线与电磁辐射的事件视界会彻底消失。“我们研究的普朗克黑洞消亡机制，就是束缚辐射的事件视界逐步消散。”该研究团队通过数学演算得出结论：初始质量相当于一颗中型小行星（约 10 亿吨）的原初黑洞，会在十亿年间持续释放霍金热辐射，不断损耗质量直至落到普朗克质量；而初始质量仅有 1 吨的原初黑洞，会瞬间发生爆炸、质量骤降至普朗克质量。正是黑洞抵达 20 微克临界质量后的演化结论，让本次研究和过往成果形成区别。一幅白洞的示意图，白洞是一种“时间反向的黑洞”，会不断将物质向外推离“以往理论认为，黑洞剩余的 20 微克质量会在一秒之内全部以辐射形式消散，但我们的计算结果恰恰相反：这 20 微克的残余天体基本可以长期稳定存在。”帕莱佐解释道，“黑洞质量跌破 20 微克临界值后，会开始释放‘净化辐射’（该名称源于这类辐射能够‘净化’宇宙量子态），这一行为源于白洞的特性。尽管人类至今尚不掌握白洞近域的物理法则，但从远距离观测来看，这类残余天体的物理特征和白洞完全一致。”白洞同样是物理学中的假想天体，可以理解为黑洞的时间反演形态：黑洞不断吞噬物质与辐射，白洞却持续向外排斥、抛射所有物质和辐射。想要进一步推演这类原初黑洞转化为白洞后的最终归宿，离不开一套能统一广义相对论与量子力学的理论，也就是所谓的“量子引力”，而自 20 世纪初至今，物理学家始终没能建立起完善的量子引力理论。“只需依托黑洞远场的基础物理假设，就能推算出黑洞寿命，以及它转变为质量 20 微克的稳定白洞天体的演化规律。仅凭借量子引力的少量基础理论就能推导出这些特性，这一结果十分惊人。”帕莱佐说道。该团队的论文尚未经过同行评审，预印本已发布在学术预印本平台 arXiv 上。参考资料：https://arxiv.org/abs/2605.03922