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”“足以扭曲時空”等等。此外大家有個共識，那就是被“離黑洞太近會死”。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[1]）
下面咱們就分情況說一說。
如果你不幸掉進黑洞里......
1915 年，德國物理學(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，最終形成一個奇點——一個體積無限小、密度無限大的點。奇點外部圍繞著一個“視界”，一旦跨過這個邊界，任何物質(zhì)都會被永遠困在黑洞之中，就像掉進了宇宙的“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。
如果太陽的質(zhì)量被擠壓成一個無限小的點，它將形成一個半徑約 3 公里的黑洞。如果你不幸掉進這樣一個黑洞，你會經(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，靠近黑洞的一端會受到比另一端更強的拉力，你的身體會像橡皮筋一樣被拉長，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，外界觀察者會看到你越來越慢，甚至永遠停留在視界邊緣，因為光需要無窮久的時間才能從那里逃脫。但對你而言，掉進去只是轉(zhuǎn)瞬之間的事情。好消息是，前文只是用太陽的質(zhì)量做了一點推算，事實上太陽“體重過輕”，根本無法自己坍縮成黑洞。
人被“小黑洞”砸到
會發(fā)生什么？
這里得先做一點說明，絕大多數(shù)情況下，黑洞都是非常巨大的，它們的質(zhì)量動輒都能達到太陽的數(shù)十倍甚至數(shù)百億倍。面對這樣的體量，“被砸到”顯然無從談起。
那么，有沒有小一點的黑洞呢？
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一直到太陽質(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，這些遠處黑洞的質(zhì)量范圍限制在 1013 到 1019 千克之間，這與小行星的質(zhì)量范圍相當(dāng)，而我們碰到這個級別的黑洞的可能性最大。這個質(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發(fā)生什么了。被微型黑洞“砸到”，我們會面臨兩種傷害：潮汐力和沖擊波。
先說說潮汐力，前文提過，如果人掉進黑洞，由于引力梯度巨大，靠近黑洞的一端會受到比另一端更強的拉力，身體會被撕裂。而當(dāng)小黑洞“撞到人”時，也會對人體產(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，可能會造成局部損傷，但不會致命，類似于一根針穿過身體。如果黑洞穿過頭部，潮汐力則可能會破壞大腦細(xì)胞，因為大腦細(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)黑洞進入人體時，會產(chǎn)生密度波，在體內(nèi)傳播。這些沖擊波不僅會直接損害細(xì)胞，還會傳遞熱能，進一步加劇破壞。為了產(chǎn)生類似于 0.22 口徑子彈的沖擊波，黑洞只需達到 1.4×1014 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，更像是一個有趣的思想實驗。因為著名物理學(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?，黑洞會緩慢蒸發(fā)，最終消失，這讓科學(xué)家猜測它們可能是宇宙循環(huán)的一部分。而在科幻設(shè)想中，黑洞的強大引力也可能扭曲時空，成為通往另一個宇宙的“蟲洞”入口，或者實現(xiàn)時間旅行的關(guān)鍵。雖然我們目前無法驗證這些假設(shè)，但黑洞無疑是宇宙中最神秘、最具挑戰(zhàn)性的研究對象之一，它們不僅讓科學(xué)家重新思考時間、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
[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.
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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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