把反物质炸弹丢进黑洞会怎样

一个是宇宙中吞噬万物的终极天体，一个是质能转化率 100% 的终极武器，如果这两个家伙狭路相逢，究竟谁更勇呢？

黑洞想必不用过多介绍，大家已经很熟悉了，而反物质的概念之前在量子系列里也详细介绍过。有些小伙伴经常把反物质和暗物质搞混，它俩完全是两码事。暗物质目前只是一种假想中的物质，它只存在引力效应。因为不参与电磁等相互作用，暗物质无法通过电磁波形式进行探测，所以我们没办法像对待普通物质那样直接对它进行研究，因此我们对暗物质知之甚少。

而反物质已经不是什么新东西了，早在上世纪 30 年代就已经被理论预言并发现了。所以相对于暗物质来说，我们对反物质可以说已经非常了解。

我们知道，反物质是一种具有与正常物质相反状态的物质。比如本应该带负电的电子，如果它带了正电，则被称为正电子，也就是反电子。反电子也是人类发现的第一种反物质。同理，如果本该带正电的质子它带了负电，那么它就是反质子。而反电子和反质子如果能凑一块儿的话，那么我们就得到了真正的反物质 —— 反氢原子。

欸，这东西可不是空想，现在人类确实已经有了制备反物质的能力，虽然只是反氢原子这种粒子级别。

很多人知道，反物质最大的特点，就是一旦它和正物质相遇，就会立马发生湮灭反应，两者的质量完全转化为能量释放出来，质能转化率 100%。或许可以说，这才是绝对意义上的终极能源。相比之下，核聚变简直像个玩具：无论是可控核聚变还是不可控的氢弹，聚变反应的质能转化率还不到 1%。

湮灭反应的百分百转化率是个什么概念？我们可以简单看下爱因斯坦的质能公式。

E = mc^2

这个公式非常简单，以至于我们一眼就能看到这里面存在一个超大的数字：光速的平方！所以哪怕是只有很小的一点质量，当它乘以光速的平方后，结果的能量都会异常的大。

这种能量的威力究竟有多大？老规矩，如果用广岛原子弹来做计量单位，1g 反物质和 1g 正物质发生湮灭的话，足以把广岛炸上三遍。所以用反物质来做炸弹，真的是再合适不过了。

不过问题是：目前人造反物质通常需要粒子加速器，制备成本非常非常高。比如 1995 年，研究人员先通过加速器制备出反质子，然后让反质子与氙原子核反应，产生出一对儿正负电子。其中正电子如果碰巧被其他反质子捕获的话，这才可能得到一个反氢原子。可以看出，整个过程最终合成反氢原子的概率非常非常低，而且需要消耗巨大的能量。

除了制备成本高以外，反物质的储存也是个大问题。你想啊，自然界的物质几乎都是正物质，好不容易造出来点反物质，可能稍不留神就给湮灭了。所以反物质炸弹这种东西，目前还只存在于科幻作品中。

如果先不考虑技术可行性，假设我们通过更先进的技术或者不计成本造出来了反物质炸弹，那么如果把它丢到黑洞里去，会发生什么呢？

首先要先明确一个问题：反物质炸弹究竟是完全由反物质组成的，还是由反物质和正物质共同构成的炸弹。如果它只有反物质，那就相当于整个炸弹就是一块反物质，当它遇到了正物质后，就会自行发生湮灭反应释放能量。如果我们仅仅是扔这样一块反物质进去，那么它可能在还没到达黑洞的路途中，就和一些星际物质发生反应，这显然不是我们想要的。所以假设我们的炸弹是由反物质和正物质共同构成，这样它的爆炸时机更加可控。（到后面你会发现，其实这两种方式对黑洞来说没啥区别。）

好了，现在爆炸时机可控了，那我们就设置成让它在接触黑洞后引爆。但是怎么才算接触黑洞呢？你可能会说：这还不简单，接触视界面不就算接触了吗？欸，真的是这样吗？你先仔细想想黑洞的视界面究竟是什么。

从爱因斯坦场方程来说，黑洞的视界面仅仅是一个时空界线。由于扭曲的时空以及光速限制，这条线以内的任何事件永远无法影响到外界，所以它也叫做事件视界。而根据场方程，黑洞的全部质量都应该集中在内部的奇点（或者奇环）上，从奇点到视界面的中间部分，理论上都是空的。所以“接触视界面”虽然确实算是接触到了黑洞，但它可能并没有真正接触到黑洞内的物质。

注意，这里我为什么要加“可能”呢？因为关于黑洞内的物质分布，我们只是基于现有理论做的一种推测。根据广义相对论，物质落入黑洞存在两种视角：一个是物质本身，一个是外部观测者。物质都坍缩到奇点的这个推测，更多是从落入黑洞的物质自身的角度来考虑的。但是如果以外部观测者视角来看，黑洞内的物质可能会存在另外一种结果：它们会像洋葱一样层层包裹。这是因为对于外部观测者来说，落入黑洞的物质会永远静止在视界面处，或者准确说是无限红移面处。

一个是头也不回地直奔奇点，一个是永远静止在视界面上，两个相互矛盾的结果究竟哪个才是真相？欸，这就是之前讲过的冰冻星悖论（冻结星疑难）。

今天我们不讨论它，你可以暂时认为从相对论的角度来说，因为参考系不同，两个结果都是真相。但是今天我们聊的是用反物质炸弹炸黑洞，所以更多应该从外部观测者视角来考虑。

对外部观测者来说，由于物质会永远定格在落入黑洞的那一瞬间，所以黑洞内部的物质分布可能像个不均匀的洋葱，保留着先前物质落入黑洞的“轨迹”。因此这种情况下，从我们的视角来看，反物质炸弹可能永远无法引爆，因为它会静止在视界面上。

退一步说，就算它真的进入了黑洞，甚至到达了奇点，并且成功引爆，但对于我们来说这些根本没办法知道。因为这一切都发生在事件视界之内，也就是说，这件事永远无法进入我们的光锥。所以无论是反物质炸弹直接爆炸，还是反物质和黑洞内的物质发生湮灭反应，在我们观测者眼里，黑洞就是把它吞了，和吞正常物质没啥区别。

从另个方面来看，对于黑洞来说，物质一旦进去，它就已经没有了正常的物质结构。因为根据黑洞无毛定理（No Hair Theorem），黑洞有且只有三个物理量：质量、角动量、电荷，除此之外其他信息全部丢失。所以不管你进去的是正物质也好，反物质也罢，甚至是我们还不了解的暗物质，它们对黑洞来说没有什么差别，全都一视同仁。

而且根据霍金的黑洞面积定理（经典黑洞的视界面积不会随着时间的推移而减少），所以哪怕是一个完全由反物质构成的反物质黑洞和一个普通的正物质黑洞相撞，最终结果这俩黑洞也不会湮灭消失，而是会得到一个合二为一的新黑洞。

所以说，在面对黑洞这种宇宙中的最极端天体时，哪怕是科幻中的反物质武器也会束手无策。

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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