一枚比头发丝还细的黑洞，如何杀死一个人？

黑洞示意图 | NASA/ESA and G. Bacon

当一个质量相当于月球千分之一，事件视界的直径不到1微米的原初黑洞穿过你的身体，后果可不是一个小伤口那么简单：这枚微型黑洞的巨大引力可以让你瞬间死亡。

撰文 | 亚伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）

翻译 | 洪艺瑞

审校 | 吴非

有科学家认为，在宇宙诞生之初，宇宙视界尺度上的辐射密度显著提升，一些密度极高的区域可能发生引力坍缩，最终坍塌形成黑洞。

但我们实际观测到的宇宙微波背景辐射的强度变化，一般仅为形成黑洞所需要的变化的十万分之一。目前，这种辐射强度的变化只能在较大的空间尺度内被观测到。而在很小的尺度下，由于更高能的新物理的存在，可以发生更大幅度的强度变化。尽管现有的宇宙学数据仅仅表明这种现象存在理论上的可能性，但暗物质的存在让我们有额外的理由去认真考虑这种假说。

宇宙中的物质主要为暗物质。尽管多年来，科学家一直尝试在宇宙中或实验室里捕捉暗物质粒子的踪影，但是目前这方面仍然毫无进展。而原初黑洞（Primordial black holes, PBHs）或许就是一种暗物质候选粒子。天体物理学研究表明，质量太高或者太低的原初黑洞都不可能是暗物质，但如果它的质量介于月球质量的十亿分之一到千分之一之间，或者说与一颗直径为1~100千米的小行星的质量相当，那么它就有可能是暗物质。

6600万年前，也正是这样一颗小行星撞击地球，让（非鸟类）恐龙和地球上近3/4的其他物种走向灭绝。这是一次发人深省的生物大灭绝事件，它提醒着我们即便是遥不可及的天空，也可能是灾难的源头。为了防止此类事件再次发生，我们可以通过搜寻由小行星表面反射的日光，来探测可能到达地球的小行星。2005年，美国国会就曾要求美国航空航天局找出90%的直径超过140米，可能对地球造成威胁的天体，而当时造成恐龙灭绝的希克苏鲁伯小行星的直径约为10千米。

在这一目标的指引下，“泛星计划”（Pan STARRS）天文望远镜和薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）陆续建成。这些望远镜利用太阳帮助我们探索不可见的黑暗地带，它们可以完成美国国会所要求的2/3的指标。如果能够提前检测到朝地球飞来的小行星，那么我们就有机会让它们偏转方向。但不同于这些小行星，原初黑洞不反射日光，所以我们无法用这种方法进行探测。它们的确会发出微弱的霍金辐射，但是对于一个质量为月球百万分之一以上的天体来说，它们的亮度却比0.1瓦特的迷你灯泡还要微弱。这种不可见性，是我们担忧的原因之一。

薇拉·鲁宾天文台 | Rubin Obs./NSF/AURA

但更值得思考的或许是：这些由暗物质构成的原初黑洞，是否会对人类构成威胁？假如原初黑洞与人类身体接触，那么这将代表着早期宇宙和近期宇宙的一次伟大会晤：宇宙大爆炸后1飞秒（10-15秒）内产生的不可见物质与138亿年后才会产生的智能生命完成了邂逅。尽管如此，你也不会希望这场“会面”发生在自己身上。

让我来解释为什么。我将主要针对在允许范围内质量较大的原初黑洞进行说明，也就是那些质量为月球千分之一的黑洞。质量更小的原初黑洞虽然更加普遍，但是它们产生的影响也更弱。质量为月球千分之一的原初黑洞的视界，仅仅是原子直径的大约1000倍。

有人可能会想，这样一个小物体穿过身体，引起的损伤微乎其微。对于宇宙线等高能粒子来说的确如此，但对于原初黑洞来说，情况则完全不同。在原初黑洞强大引力的作用下，我们的身体会在它穿过时瞬间坍塌成几厘米。参照银河系中暗物质晕的速度，一个典型的原初黑洞的运动速度约为每秒100千米，它所产生的强大引力将在10微秒内持续拉扯我们的身体。这枚原初黑洞所造成的痛觉，就像是一个拥有超强吸力的微型吸尘器迅速穿过我们的身体，导致我们的肌肉、骨骼、血管和内脏迅速收缩。这种扭曲程度是人类完全无法承受的，并且会立即引发死亡。

那么，我们遭遇这种惨烈事故的概率有多大呢？一个粗略的计算或许可以让你松一口气。如果上述质量的原初黑洞由暗物质构成，那么在我们的一生中，与原初黑洞相遇的概率大约为1/1026。也就是说，在地球上现居的80亿人中，其中一个人与黑洞相撞的概率大约为1/1016。如果10亿年后人口仍然保持在现在的水平，那么从现在到那时之间，有人与黑洞相撞的概率约为1/109。而在此之后，太阳将蒸干地球上所有的海洋，地球也将变得不再宜居。

即使我们把其他星系中的行星也考虑在内，那么在整个可观测的宇宙范围内，最多约有1万亿“人”会因与原初黑洞相撞而死亡。因此，我们大可放心地假设，我们中没有人会遭受这种灭顶之灾。在多重宇宙中，考虑的范围更广，并且如果存在更加危险的其他形式的暗物质，那死亡人数或许会更多。

但是，那些处于太阳系边缘，罕见且不可见的天体也可能是原初黑洞，比如假想中的第九行星。在最近的一篇文章中，我和我的学生阿米尔·西拉杰（Amir Siraj）提出，通过薇拉·鲁宾天文台观测原初黑洞与奥尔特云中的岩石撞击时产生的耀斑，我们可以探测到整个太阳系中的原初黑洞。

显然，人类遭遇其他灾难（例如小行星撞击）的风险要比与原初黑洞相撞的概率高得多。在这一点上，恐龙应该深有体会。上述数据表明，我们无需为了原初黑洞在夜里辗转难眠，也不必特地升级我们的医疗保险。身处新冠疫情和气候变化两大危机之中，这算得上是自然母亲传递给我们的好消息，我们应该对此感到高兴。

关于作者：亚伯拉罕·洛布是哈佛大学天文学系前主任，哈佛和史密森天体物理中心理论与计算研究所所长。

原文链接：

https://www.scientificamerican.com/article/death-by-primordial-black-hole/

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