宇宙的终极宿命，会是彻底“黑化”吗？｜理性派对第三季( 二 ) 黑洞是如何形成的？它会是宇

张双南：中等质量的黑洞的形成还有另外一种可能性，即通过恒星团形成。恒星是由宇宙早期的气体形成的，且分布较不均匀，在某些地方数量会特别多。若一定空间内恒星过多，它们之间便会形成干扰，从而导致恒星团因不稳定而塌缩，最终形成中等质量的黑洞。
这也是中等质量恒星形成的一种可能性，但目前没有观察到过这种情况。人们只是通过在有些星团的中心发现过这样中等质量黑洞的证据，来推测这很有可能是由星团中心一堆恒星塌缩形成。
所以我们总结一下，制作黑洞“大餐”的厨师可能是恒星自己，也可能是一堆恒星，也可能是宇宙早期的特别大的恒星，还可能是暗物质。
另外还有一种可能性——宇宙大爆炸，宇宙大爆炸发生在宇宙早期，与我们今天谈到的黑洞之间联系非常紧密。宇宙大爆炸并不是稳定的、均匀的，在爆炸过程中由于量子力学的原理必须要有涨落。这种涨落导致每个地方的密度具有差异性，密度高的区域就可能形成量子黑洞，即宇宙早期的量子黑洞。
量子黑洞的意思是说它的性质类似于一个量子，它的密度极高，但质量较小，应该会产生霍金辐射。霍金辐射是霍金最伟大的科学成就，然而很遗憾，一直等到霍金去世，霍金辐射也没有被观测到。科学理论没有经过验证就不知道对错，但是我们认为霍金辐射是合理的，没有道理不对。
段玉龙：既然已经提到了霍金辐射，能不能跟大家说一说到底什么是霍金辐射？
张帆：大家可能有一个误解，认为黑洞是一个密度无穷大的点。实际上那个点叫奇点，并不是真正的黑洞。黑洞是一个边界，是奇点周围一块引力特别强、光进去了以后都逃不出来的范围。所谓黑洞的边界就是光正好出不来的这个地方。
在黑洞边界会有一个奇怪的现象。我们周围的任何地方都会由于量子的不确定性而产生一对粒子。在正常情况下，这个平白无故产生的东西并不是问题：量子力学只能给它一个很短时间的生存，这对粒子不能够长期存在。如果它们能长期存在，我们周围就会都乱套了，平白无故产生的无数粒子会把我们烧死。
但这对粒子如果在黑洞边界产生，里面的粒子出不来而外面的粒子跑掉了的话，它们就无法再合并消失。跑掉的粒子就叫做霍金辐射。
整个宇宙都会变为黑洞吗？到那时会发生什么？
段玉龙：我们刚才说到黑洞有很多的类别，宇宙当中也有很多的黑洞。那假以时日，有没有可能小黑洞合为大黑洞、大黑洞变为更大的黑洞，到最后的最后，整个宇宙都变成了一个大黑洞？
张双南：这种可能是存在的，但更大的可能是，以后宇宙当中几乎所有的东西都会落到各个不同的黑洞里面去。
为什么不说它们整个变成一个黑洞呢？原因就在于我们宇宙是在膨胀的，这个膨胀的过程会导致星系之间的距离越来越远。所以未来不同的星系很难碰在一起，它们里面的黑洞也便很难碰在一起。但每个黑洞都可以在自己的星系里为所欲为，把这个星系里面的东西都给吃下去。但不一定就变成一个黑洞，也可以是多个黑洞。
现在每一个星系里都有很多黑洞。这些黑洞可能合并为一些大的黑洞，但更多的可能是它们会把这个星系里面物质全部吃净，仅剩下黑洞。如果到那一天，天文学家这个职业还有，但只剩下研究黑洞的天文学家了，就张帆和我，我们两个有用了。
张帆：到那个时候，彭罗斯的一个想法就特别有意思了。黑洞的熵是特别多的，熵增是一个时间轴。为什么宇宙的时间在增长，跟宇宙里越来越多恒星的形成、越来越多黑洞的形成是有关的，所以到最后熵增的结果就是一大堆的黑洞。