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黑洞是宇宙中最神秘的天體之一，不過得益于由于各類科普、科幻作品的描寫，大眾對(duì)黑洞也有了一些基本的認(rèn)知，比如“光都逃不出來”“質(zhì)量非常大，引力也非常強(qiáng)”“足以扭曲時(shí)空”等等。此外大家有個(gè)共識(shí)，那就是被“離黑洞太近會(huì)死”。不過，黑洞的尺寸有大有小，多大的黑洞才足以致命呢？

還真有人正經(jīng)研究了這個(gè)問題，并在最近一篇發(fā)表在預(yù)印雜志上的研究給出了科學(xué)的答案。

小型原始黑洞穿過人體的引力效應(yīng)（來源：文獻(xiàn)[1]）

下面咱們就分情況說一說。

如果你不幸掉進(jìn)黑洞里......

1915 年，德國(guó)物理學(xué)家和天文學(xué)家卡爾·史瓦西 (Karl Schwarzschild) 在得出愛因斯坦廣義相對(duì)論近似的精確解后，提出了現(xiàn)代的黑洞概念。黑洞是宇宙中最極端的天體，它的引力強(qiáng)大到連光都無法逃脫。

一般來說，黑洞的形成來自于一顆巨大恒星的死亡，當(dāng)燃料耗盡，恒星核心在自身引力下猛烈坍縮，最終形成一個(gè)奇點(diǎn)——一個(gè)體積無限小、密度無限大的點(diǎn)。奇點(diǎn)外部圍繞著一個(gè)“視界”，一旦跨過這個(gè)邊界，任何物質(zhì)都會(huì)被永遠(yuǎn)困在黑洞之中，就像掉進(jìn)了宇宙的“無底洞”。但黑洞并不是完全“黑暗”的，它周圍的吸積盤由高速旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃組成，會(huì)釋放出極其明亮的 X 射線，使其在深空中顯得格外耀眼。

如果太陽(yáng)的質(zhì)量被擠壓成一個(gè)無限小的點(diǎn)，它將形成一個(gè)半徑約 3 公里的黑洞。如果你不幸掉進(jìn)這樣一個(gè)黑洞，你會(huì)經(jīng)歷一種被稱為“意大利面條化”的過程。由于黑洞的引力梯度巨大，靠近黑洞的一端會(huì)受到比另一端更強(qiáng)的拉力，你的身體會(huì)像橡皮筋一樣被拉長(zhǎng)，就像是意大利面條一樣，最終在分子層面上被撕裂。

“意大利面條化”的過程（來源：wiki）

而在掉入黑洞的過程中，外界觀察者會(huì)看到你越來越慢，甚至永遠(yuǎn)停留在視界邊緣，因?yàn)楣庑枰獰o窮久的時(shí)間才能從那里逃脫。但對(duì)你而言，掉進(jìn)去只是轉(zhuǎn)瞬之間的事情。好消息是，前文只是用太陽(yáng)的質(zhì)量做了一點(diǎn)推算，事實(shí)上太陽(yáng)“體重過輕”，根本無法自己坍縮成黑洞。

人被“小黑洞”砸到

會(huì)發(fā)生什么？

這里得先做一點(diǎn)說明，絕大多數(shù)情況下，黑洞都是非常巨大的，它們的質(zhì)量動(dòng)輒都能達(dá)到太陽(yáng)的數(shù)十倍甚至數(shù)百億倍。面對(duì)這樣的體量，“被砸到”顯然無從談起。

那么，有沒有小一點(diǎn)的黑洞呢？

原初黑洞（Primordial Black Holes）是一類假想的黑洞類型，研究者認(rèn)為它們并非由大質(zhì)量恒星的引力坍縮形成，而是在宇宙大爆炸后的極早期階段產(chǎn)生的，這些黑洞的尺寸范圍非常廣泛，質(zhì)量范圍可能從原子級(jí)一直到太陽(yáng)質(zhì)量的十萬倍。

原初黑洞示意圖（圖片來源：NASA）??

而一些理論模型認(rèn)為，原初黑洞可能是暗物質(zhì)的來源。如果這一假設(shè)成立，這些原初黑洞的質(zhì)量范圍限制在 10^13 到 10^19 千克之間，這與小行星的質(zhì)量范圍相當(dāng)，而我們碰到這個(gè)級(jí)別的黑洞的可能性最大。這個(gè)質(zhì)量范圍的黑洞，直徑不到1微米，已經(jīng)可以“砸人”了。

既然理論上的確存在“能砸人”的黑洞，就可以研究研究人體被砸到后會(huì)發(fā)生什么了。被微型黑洞“砸到”，我們會(huì)面臨兩種傷害：潮汐力和沖擊波。

先說說潮汐力，前文提過，如果人掉進(jìn)黑洞，由于引力梯度巨大，靠近黑洞的一端會(huì)受到比另一端更強(qiáng)的拉力，身體會(huì)被撕裂。而當(dāng)小黑洞“撞到人”時(shí)，也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生引力差異。問題是，這種引力差異是否足以“意大利面條化”的撕裂人體組織？

考慮到質(zhì)量與小行星相當(dāng)?shù)暮诙粗睆讲坏?1 微米，因此即使有潮汐力，其影響范圍也極小。如果它穿過人體的軀干或四肢，可能會(huì)造成局部損傷，但不會(huì)致命，類似于一根針穿過身體。如果黑洞穿過頭部，潮汐力則可能會(huì)破壞大腦細(xì)胞，因?yàn)榇竽X細(xì)胞極其脆弱，即使是 10 到 100 納牛頓的力差持續(xù)幾微秒，也能損傷腦細(xì)胞。

不過，相比潮汐力，沖擊波的危害更大。當(dāng)黑洞進(jìn)入人體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生密度波，在體內(nèi)傳播。這些沖擊波不僅會(huì)直接損害細(xì)胞，還會(huì)傳遞熱能，進(jìn)一步加劇破壞。為了產(chǎn)生類似于 0.22 口徑子彈的沖擊波，黑洞只需達(dá)到 1.4×10^14 千克的質(zhì)量，而這一質(zhì)量完全在可能存在的原初黑洞范圍內(nèi)，這樣的原初黑洞就有能力把你殺死。

當(dāng)然，被原初黑洞擊中這件事，更像是一個(gè)有趣的思想實(shí)驗(yàn)。因?yàn)橹锢韺W(xué)家史蒂芬·霍金提出了一種理論，即黑洞并非永恒存在，而是會(huì)以霍金輻射的方式緩慢蒸發(fā)。微型黑洞比大質(zhì)量黑洞蒸發(fā)速度更快，因此如果宇宙中存在過非常小的黑洞，它們可能已經(jīng)在宇宙歷史中消失了。而且，即使原初黑洞確實(shí)存在，其在宇宙中的數(shù)量與空間的浩瀚程度相比，也意味著每年被其擊中一次的概率小于 10^-18，所以大家完全不必?fù)?dān)心被其擊中。

小結(jié)

黑洞看似是宇宙的“終結(jié)者”，但它們也可能是“創(chuàng)造者”?；艚疠椛淅碚摫砻鳎诙磿?huì)緩慢蒸發(fā)，最終消失，這讓科學(xué)家猜測(cè)它們可能是宇宙循環(huán)的一部分。而在科幻設(shè)想中，黑洞的強(qiáng)大引力也可能扭曲時(shí)空，成為通往另一個(gè)宇宙的“蟲洞”入口，或者實(shí)現(xiàn)時(shí)間旅行的關(guān)鍵。雖然我們目前無法驗(yàn)證這些假設(shè)，但黑洞無疑是宇宙中最神秘、最具挑戰(zhàn)性的研究對(duì)象之一，它們不僅讓科學(xué)家重新思考時(shí)間、空間和引力的本質(zhì)，也激發(fā)了無數(shù)關(guān)于宇宙終極奧秘的想象。

參考文獻(xiàn)

[1]Scherrer, Robert J. "Gravitational Effects of a Small Primordial Black Hole Passing Through the Human Body." arXiv preprint arXiv:2502.09734 (2025).

[2]Kesden, Michael, and Shravan Hanasoge. "Transient solar oscillations driven by primordial black holes." Physical review letters 107.11 (2011): 111101.

[3]Khlopov, Maxim Yu. "Primordial black holes." Research in Astronomy and Astrophysics 10.6 (2010): 495.

[4]Carr, Bernard, et al. "Constraints on primordial black holes." Reports on Progress in Physics 84.11 (2021): 116902.

策劃制作

作者丨Denovo 科普作者

審核丨劉茜 北京天文館研究員

策劃丨丁崝

責(zé)編丨丁崝

審校丨徐來、林林

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