如果一枚微型黑洞穿过你的身体，会发生什么？
1974年，科幻作家拉里·尼文（Larry Niven）写了一篇充满奇思妙想的短篇悬疑小说，故事的核心悬念直击人心：用一个微型黑洞，能杀死一个人吗？
相信大多数人看到这个问题，都会毫不犹豫地给出肯定答案——毕竟在大众的认知里，黑洞是宇宙中最恐怖的天体，它有着吞噬一切的引力，用它来杀人，似乎只会留下一场“尸骨无存”的惨剧。
黑洞的首张模拟图像，图像中呈现出黑洞特有的阴影、光子球以及经引力透镜效应形成的吸积盘（图片来源：Jean-Pierre Luminet）
但科学的答案，远比直觉更复杂、更有趣。近期，物理学家罗伯特·舍雷尔（Robert Scherrer）发表在《国际现代物理学杂志D辑》上的新研究，对这一问题进行了严谨推演，我们今天就从宇宙学的视角，拆解这个“微型黑洞杀人”的真假谜题。
先搞懂：我们讨论的“微型黑洞”到底是什么？
要弄清楚微型黑洞能不能杀人，首先得明确一个关键问题：我们所说的“微型黑洞”，和宇宙中那些由大质量恒星坍塌形成的黑洞，根本不是一回事。
我们平时在新闻里听到的黑洞，大多是恒星级黑洞——它们由大质量恒星燃料耗尽后核心坍塌形成，质量通常是太阳的数倍乃至几十倍，引力强大到能扭曲周围的时空，是真正意义上“吞噬一切”的宇宙巨兽。
事件视界望远镜拍摄的梅西耶87星系中心超大质量黑洞图像（图片来源：Event Horizon Telescope）
而我们今天讨论的“微型黑洞”，更准确地说，是理论中存在的“原初黑洞”（Primordial Black Hole）。这种黑洞可能诞生于宇宙刚刚形成的早期阶段。当时宇宙密度极高、结构极不稳定，一些区域如果出现异常剧烈的密度波动，就可能在极小的尺度上发生引力坍缩，从而形成这种微型黑洞。
无原初黑洞（上）与有原初黑洞（下）的宇宙形成（图片来源：European Space Agency）
到目前为止，天文学家还没有真正发现过原初黑洞，但观测已经排除了不少可能的质量范围。
例如，如果某些黑洞的质量低于约10¹²千克，它们早就应该因为“霍金辐射”而蒸发殆尽。“霍金辐射”是一种量子效应，它会让黑洞慢慢损失质量。质量越小的黑洞蒸发得越快，因此那些极小的黑洞在宇宙137亿年的历史中几乎不可能幸存下来。
另一方面，如果黑洞的质量超过10²⁰千克，它们在银河系中飞行时就会对恒星光线产生明显的引力透镜效应——也就是像一枚看不见的放大镜那样弯曲光线。但天文学家在观测中几乎没有发现这种现象，这说明这种质量范围的黑洞至少非常稀少。
模拟黑洞掠过背景星系前方时的引力透镜效应（图片来源：Urbane Legend）
一些理论甚至提出，原初黑洞可能构成暗物质的一部分。如果真是如此，那么它们最有可能存在的质量区间，大致在10¹³到10¹⁹千克之间，这个量级和小行星相当。
也正是在这个范围内，研究者开始认真思考一个看似荒诞的问题：如果这样一个黑洞真的穿过人体，会发生什么？
潮汐力：黑洞会把人撕裂吗？
黑洞最显著的物理特性，莫过于其引力场在极短距离内产生的剧烈梯度变化，在物理学上被称为潮汐力（Tidal Force）。
简单来说，引力并不是在一个物体上均匀分布的。靠近引力源的一侧会受到更强的吸引，而远离的一侧则稍弱，这种差异会在物体内部产生拉扯效应。正是由于黑洞拥有极高的质量密度，这种拉扯效应会变得极其猛烈。
当这种梯度足够大时，物体就会被沿径向拉长、横向压缩，形成一种极端的撕裂过程，也就是常被形象称为“意大利面化”（Spaghettification）的现象。对于恒星级黑洞而言，这种效应确实可以撕碎飞船甚至恒星本身。
正在落入黑洞的宇航员发生了“意面化效应”的概念图（图片来源：Laura A. Whitlock, Kara C. Granger, Jane D. Mahon）
但当黑洞非常小时，情况就完全不同了。
引力本身在微观尺度上极其微弱，而维系人体结构的主要是电磁相互作用，这种力比引力强得多。因此，一个质量较小的黑洞，其潮汐力不足以克服分子键和组织结构的稳定性。
黑洞的奇点与它的事件视界（图片来源：Sandstorm de | Wikipedia Commons）
只有当黑洞质量进一步提高时，潮汐力才会显著增强。以人体最精密最敏感的器官——大脑为例，神经细胞在大约10到100纳牛顿量级的力差下就可能发生损伤。研究者计算发现，要产生足以克服分子间作用力、从而在大尺度上撕裂大脑组织的潮汐力，黑洞质量至少需要达到约7×10¹⁵千克。而这已经与小行星虹神星（7 Iris）的质量相当了。
换句话说，仅仅依靠潮汐力，一枚微型黑洞未必总能杀死人。
更危险的，其实是“冲击波”？
研究者发现，真正更致命的机制可能并不是潮汐力，而是冲击波，也叫激波（Shock waves）。
一个原初黑洞在银河系暗物质晕中的典型速度约为200千米/秒，而声波在人体软组织中的传播速度仅有大约1.5千米/秒。这意味着，当原初黑洞穿过人体时，会在其路径周围激发出强烈的介质扰动，这种扰动会在路径附近沉积能量，对细胞结构造成破坏，同时，部分能量还会以热的形式释放出来，使局部组织进一步受损。
一张黑洞扰动星系的模拟图像，假如这些星系是我们的细胞......（图片来源：NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI)）
研究人员计算，当黑洞质量达到约1.4×10¹⁴ 千克时，这种沿路径的能量沉积已经可以对组织造成明显损伤，其破坏性大致相当于一枚0.22口径的子弹。
因此，从纯粹的物理计算来看，一个微型黑洞确实可能成为致命武器——至少在理论上如此。
听起来可怕，但几乎不可能发生！
说到这里，辐射的问题也几乎是绕不开的：这种小质量黑洞不是会通过霍金辐射不断释放能量吗？那它经过人体时，辐射是否会带来额外伤害？
从物理上讲，这种辐射确实存在。对于10¹ ³ –10¹⁹ 千克质量区间的原初黑洞，霍金辐射对应的特征温度在keV量级（对应伽马射线）。不过，在这项研究中，这一效应并没有被纳入计算。研究人员只分析了黑洞通过人体时产生的引力效应，而将辐射问题留给后续研究。
总之，如果一枚原初黑洞穿过你的身体，你可能不会有什么好日子过。但这远没有大型黑洞把你彻底吞噬那么糟糕，就像吞噬恒星那样。
况且，你其实不必太担心。即便原初黑洞真的存在，它们在宇宙中的数量也必然极其稀少。宇宙空间的尺度大得难以想象，而人体的体积则小得几乎可以忽略不计。
研究人员估算，如果把所有可能因素都考虑进去，人类与黑洞碰撞的频率大约是每万亿亿年一次——是宇宙当前138亿年年龄的许多许多倍。
原初黑洞的模拟图像（图片来源：NASA's Goddard Space Flight Center）
人类或许根本无法存在到这种碰撞发生的那一天。甚至宇宙本身可能都无法存在那么久。
从科学角度来看，这个问题更像是一场有趣的思想实验。它让研究者把黑洞、量级估算和人体物理效应结合在一起，去探索极端条件下的可能性。而对普通人来说，我们完全不必杞人忧天，毕竟在广袤的宇宙中，它们就算存在，也几乎永远不会与你擦肩而过。
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作者：蝌蚪君
审核：刘颖 李培元 张超 杨柳
审核专家：易疏序 中国科学院高能物理研究所 副研究员