作为物质存在的极致:当反物质与黑洞相遇之后会怎样
根据霍金的黑洞面积定理,经典黑洞的视界面积不会随时间而减小。即使是完全由反物质构成的反物质黑洞与普通的正物质黑洞相撞,最终结果也是它们合并成为一个新的黑洞。

暗物质是一种尚未被证实存在的物质,我们只能通过它对引力的作用来推测其存在。由于不参与电磁相互作用,暗物质无法直接被观测到。相比之下,反物质早在上世纪30年代就被理论预言和实验发现了。我们知道,反物质是一种具有与正常物质相反状态的物质。
例如,正常的电子带负电荷,而反电子(也称为正电子)则带正电荷。如果质子带正电荷,那么反质子则带负电荷。当反电子和反质子结合在一起时,就形成了反氢原子,这是人类首次发现的反物质。
事实上,我们已经具备制备反物质的能力,尽管目前只能制造反氢原子这种微小的粒子级别的反物质。众所周知,反物质的最大特点是一旦与正物质接触,立即发生湮灭反应,将其质量完全转化为能量,实现百分之百的质能转换率。
可以说,这是绝对意义上的终极能源。相比之下,核聚变的能量转化率只有不到1%,湮灭反应的百分之百转化率是何等强大!我们可以简单地看一下爱因斯坦的质能方程式,其中光速的平方这一巨大的数字显得尤为重要。
即使质量非常小,乘以光速的平方后,所得的能量也会异常庞大。这样的能量威力是何等巨大!以广岛原子弹作为计量单位,一克反物质和一克正物质湮灭时释放的能量足以炸毁广岛三次。将反物质用作炸弹是再合适不过的了。
问题在于目前制造人工反物质通常需要粒子加速器,成本非常高。例如,1995年,研究人员通过加速器制造了反质子,并使其与氙原子核发生反应,产生了一对正电子和负电子。其中,如果正电子恰好被其他反质子捕获,就有可能获得一个反氢原子。
可以看出,整个过程中最终合成反氢原子的概率非常低,而且需要消耗巨大的能量。除了制造成本高昂外,存储反物质也是一个巨大的难题。自然界中的物质几乎都是正物质,制造出一点反物质很容易被湮灭。
反物质炸弹目前仍然只存在于科幻作品中。即使不考虑技术可行性,假设我们通过更先进的技术或不计成本制造出反物质炸弹,如果将其投入黑洞中,会发生什么呢?
需要明确一个问题,反物质炸弹到底是完全由反物质构成,还是由反物质和正物质共同构成的炸弹。如果它只包含反物质,那么整个炸弹就相当于一块反物质。当它与正物质接触时,将自发地发生湮灭反应,释放能量。

如果我们只是将这样一块反物质投入黑洞,它可能在到达黑洞之前与一些星际物质发生反应,这显然不是我们想要的结果。因此,假设我们的炸弹由反物质和正物质共同构成,那么爆炸时机将更可控。
但事实真的是这样吗?让仔细思考一下黑洞的视界面究竟是什么。根据爱因斯坦场方程,黑洞的视界面只是一个时空的边界,由于时空的弯曲和光速的限制,视界面内的任何事件都无法影响到外界,它也被称为事件视界。
根据场方程,黑洞的全部质量应该集中在内部的奇点或奇环上。从奇点到视界面之间的区域,在理论上是空的。因此,虽然“接触视界面”确实可以被认为是接触到黑洞,但它可能并没有真正接触到黑洞内部的物质。
关于黑洞内部物质分布的情况,只能根据现有理论进行推测。根据广义相对论,物质落入黑洞有两种观点,一种是物质本身的观点,另一种是外部观察者的观点。
对于外部观察者来说,落入黑洞的物质将永远定格在落入黑洞的那一瞬间,或者更准确地说是在无限红移面处静止。一个是直奔奇点,一个是永远静止在视界面上。这是两个相互矛盾的结果,究竟哪个才是真相?
这就是之前提到的冰冻星悖论,暂时来说,可以认为根据相对论的不同参考系,这两种结果都是真实的。
对于外部观察者来说,由于物质将永远停留在落入黑洞的那一瞬间,黑洞内部的物质分布可能类似于不均匀的洋葱,保留着物质进入黑洞的轨迹。在这种情况下,从我们的观点来看,反物质炸弹可能永远无法引爆,因为它将停留在视界面上。
假设它真的进入了黑洞,并成功引爆。但对于我们来说,根本无法得知,这一切都发生在视界面之内,无法进入我们的光锥。
无论是反物质炸弹直接爆炸,还是反物质与黑洞内部物质发生湮灭反应,在我们观察者的眼中,黑洞只是将其吞噬,与吞噬正常物质没有太大区别。从另一个角度来看,对于黑洞来说,一旦物质进入,它将失去正常物质的结构。

根据黑洞无毛定理,黑洞只有三个物理量:质量、角动量和电荷。除此之外,所有其他信息都丧失了。所以,无论是正物质、反物质还是尚不了解的暗物质,它们对于黑洞来说都没有区别,都被一视同仁。
在面对黑洞这个宇宙中最极端的天体时,即使是科幻中的反物质武器也束手无策。
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