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黑洞能否一分为二?自转速度逼近极限的黑洞或突破热力学铁律

2026-10-28 寰宇科学

当2个黑洞相撞,它们会合并成一个更巨大黑洞,过程剧烈到足以撼动时空产生重力波。但反过来,一个黑洞是否能变成2个较小黑洞 ?物理定律似乎严格禁止这种行为,但一篇新研究结论指出,不能排除这种可能性。

一般来说,黑洞无法“逆向”分裂,阻止黑洞一分为二的限制除了自身巨大引力,还有热力学第二定律。

黑洞拥有物理学家称为熵(Entropy)的特性,简单来说,熵是衡量一个系统混乱程度或微观排列方式的指标。根据热力学第二定律核心概念——熵增定律,一个孤立(绝热)系统内所有自发过程都会使熵增加,即孤立系统的总熵只会增加或维持不变,不会减少;也可以说,一个系统的熵不能在无外部能量介入的前提下自行减少,就像散乱一地的蜡笔不会自己变整齐。

一个不旋转的普通黑洞若分裂成2个较小黑洞会导致总熵减少,热力学定律不允许,因此黑洞“通常”不会分裂。

然而南丹麦大学(SDU)物理学家FrancescoSannino团队计算显示,高速旋转的黑洞可能成为热力学“漏洞”,当黑洞旋转速度接近最大极限,熵的计算方式可能发生改变,使黑洞分裂行为在热力学上变得可行。

若真出现黑洞分裂,则黑洞边界(事件视界)形状会随时间推进呈现“裤子状”,就像分裂成2条腿,裤管末端各自有个新黑洞,且分裂产生的2个黑洞必须能真正分开,而不是立刻又掉回彼此身上。

 快速旋转的黑洞可能找到热力学“破口”,由1个分裂成2个黑洞,其事件视界形状随时间推进呈现“裤子状”。(Source:南丹麦大学)

虽然目前技术无法直接观测黑洞分裂,团队也无法给出黑洞分裂单一机率,因为它取决于爱因斯坦理论之外的重力行为,但研究人员 提出一些间接侦测途径,比如小型原初黑洞比大型黑洞更容易发生分裂,或许能通过伽马射线望远镜寻找来自微小黑洞碎片的讯号。

新论文发表在《物理评论D》(PhysicalReviewD)期刊。