在庞大的黑洞家族中，存在着一类十分特殊的黑洞，它们被认为诞生于宇宙的“远古时期”…

数量关系 · 几何问题 · 几何最值与最短路径 · 2024年 安徽 练习题

在庞大的黑洞家族中，存在着一类十分特殊的黑洞，它们被认为诞生于宇宙的“远古时期”，故被称为原初黑洞。此前，曾有研究者大胆提出，原初黑洞或许与宇宙的另一大“未解之谜”暗物质之间有着千丝万缕的联系，原初黑洞可能正是人类苦苦寻找的暗物质的主要来源。 一般而言，黑洞是由寿终正寝的大质量恒星坍缩而成的。恒星坍缩后形成的致密天体具有强大的引力，甚至能够将光束缚住，故而得名黑洞。由于需要恒星作为“原材料”，通常认知中的黑洞只能形成在宇宙第一批恒星死亡之后，约为大爆炸后的一亿年。 但原初黑洞则不同，作为黑洞中的“早产儿”，它的形成不依赖恒星，它们的出生日期要比恒星更早。苏联理论天体物理学家泽尔多维奇等人在上世纪60年代便提出了原初黑洞的设想。此后，霍金等人也对该设想进行了进一步发展，他们认为在宇宙大爆炸刚发生不久时，宇宙中充斥着各种粒子，但宇宙中各区域的密度并不一致，存在一定程度的密度波动，其中密度较高的区域便可能直接坍缩形成黑洞。 虽然无法直接证明原初黑洞的存在，但越来越多的观测事实在为原初黑洞理论添砖加瓦。目前人类已能够在很早期的宇宙中观测到质量在数百万倍甚至数亿倍太阳质量的黑洞，而现有的黑洞形成理论无法解释这些超大质量黑洞的形成。不仅如此，通过近年来的引力波观测数据，研究者逐渐发现，当下已经观测到的黑洞的质量分布与传统理论有所出入，而原初黑洞理论则可以很好地解释相关现象。① 原初黑洞理论自提出至今已有50余年，在很长一段时间内，天文学界对于原初黑洞的研究进展缓慢，直至近年来研究者开始将原初黑洞与宇宙学中的另一大“流量担当”——暗物质紧密联系起来，才使得原初黑洞理论研究再一次受到重视。② 目前的观测结果表明，宇宙当中有95%的物质我们知之甚少，我们接触到的物质，即天文学中所说的重子物质只占总物质的5%。在那些我们所不了解的物质中，为星系形成提供引力帮助的暗物质就占据了整个宇宙的约25%。因此，我们完全有理由认为暗物质世界也是一个十分丰富的世界。但暗物质究竟是什么，没有人能给出确切答案。而科学家之所以将原初黑洞列为暗物质的候选者之一，主要原因在于原初黑洞形成于元素合成之前，它可以被归类为非重子物质，并且其动力学性质与暗物质相似。此外，如果用原初黑洞来解释暗物质，也不需要引入超出标准模型的新粒子。③ 原初黑洞构成全部的暗物质，这个想法听起来十分大胆，因此自提出后便有不少研究者从各个角度对这一问题进行深入探究。此前，大量的引力波观测数据表明，恒星级质量的原初黑洞构成暗物质的可能性微乎其微。于是有研究者提出，恒星级质量的原初黑洞如果是以成团的方式存在，它们或许就能够通过一些相互作用来改变它们之间的并合率，显著增加它们构成暗物质的可能性，同时也会使其躲过人类现有的微引力透镜观测。④ 虽然最新研究对于原初黑洞是暗物质的可能性，给出了不那么乐观的结论，但其并没有完全否定恒星级质量的原初黑洞作为暗物质候选者之一的可能性。在原初黑洞的研究领域中，有这样一张图表，纵轴是原初黑洞可能占暗物质的比例，横轴是原初黑洞的质量。虽然目前已经有一些质量范围内的原初黑洞不能构成暗物质，但仍还有一些质量范围内的原初黑洞有可能是构成暗物质的重要部分。 当然，如果未来我们拥有更强大的观测能力，能够在极早的宇宙中发现辐射物质直接坍缩形成黑洞的迹象，那么或许我们便可以声称我们真正看到了原初黑洞的诞生。可以确定的是，未来借助引力波观测项目以及各种观测手段，我们有望丰富人类对“黑洞动物园”的了解，能够看到那些正在“进食”或是“沉睡”的黑洞，这些都将帮助我们了解黑洞的形成和演化，也将帮助我们深刻理解暗物质和黑洞之间的联系。 问题：如图所示，店铺C与仓库A的距离为400米，与店铺B的距离为300米，三者的位置恰好构成直角三角形。送货员负责从仓库向店铺送货，甲送货员只向B店铺送货，速度为2.5米/秒；乙送货员两个店铺都送，速度为2米/秒。若两人均沿最短距离路线同时送完货，则乙送货员应提前多长时间出发？（装货、卸货时间不计）

图源：粉笔题库

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