限制級佣兵

20章:星途中的暗礁-黑洞2

類別︰科幻小說 作者︰UN1 本章︰20章:星途中的暗礁-黑洞2

    黑洞相關黑洞動力學為了理解黑洞的動力學和理解它們是怎樣使內部的所有事物逃不出邊界,我們需要討論廣義相對論。

    廣義相對論相關廣義相對論是愛因斯坦創建的引力學說,適用于行星、恆星,也適用于“黑洞”。愛因斯坦在1916年提出來的這一學說,說明空間和時間是怎樣因大質量物體的存在而發生畸變。簡言之,廣義相對論說物質彎曲了空間,而空間的彎曲又反過來影響穿越空間的物體的運動。

    讓我們看一看愛因斯坦的模型是怎樣工作的。首先,考慮時間(空間的三維是長、寬、高)是現實世界中的第四維[2](雖然難于在平常的三個方向之外再畫出一個方向,但我們可以盡力去想象)。其次,考慮時空是一張巨大的繃緊了的體操表演用的彈簧床的床面。

    愛因斯坦的學說認為質量使時空彎曲。我們不妨在彈簧床的床面上放一塊大石頭來說明這一情景︰石頭的重量使得繃緊了的床面稍微下沉了一些,雖然彈簧床面基本上仍舊是平整的,但其中央仍稍有下凹。如果在彈簧床中央放置更多的石塊,則將產生更大的效果,使床面下沉得更多。事實上,石頭越多,彈簧床面彎曲得越厲害。

    同理,宇宙中的大質量物體會使宇宙結構發生畸變。正如10塊石頭比1塊石頭使彈簧床面彎曲得更厲害一樣,質量比太陽大得多的天體比等于或小于一個太陽質量的天體使空間彎曲得厲害地多。

    如果一個網球在一張繃緊了的平坦的彈簧床上滾動,它將沿直線前進。反之,如果它經過一個下凹的地方,則它的路徑呈弧形。同理,天體穿行時空的平坦區域時繼續沿直線前進,而那些穿越彎曲區域的天體將沿彎曲的軌跡前進。

    黑洞對于其周圍的時空的影響。設想在彈簧床面上放置一塊質量非常大的石頭代表密度極大的黑洞。自然,石頭將大大地影響床面,不僅會使其表面彎曲下陷,還可能使床面發生斷裂。類似的情形同樣可以宇宙出現,若宇宙中存在黑洞,則該處的宇宙結構將被撕裂。這種時空結構的破裂叫做時空的奇異性或奇點。

    為什麼任何東西都不能從黑洞逃逸出去。正如一個滾過彈簧床面的網球,會掉進大石頭形成的深洞一樣,一個經過黑洞的物體也會被其引力陷阱所捕獲。而且,若要挽救運氣不佳的物體需要無窮大的能量。

    我們已經說過,沒有任何能進入黑洞而再逃離它的東西。但科學家認為黑洞會緩慢地釋放其能量。著名的英國物理學家霍金在1974年證明黑洞有一個不為零的溫度,有一個比其周圍環境要高一些的溫度。依照物理學原理,一切比其周圍溫度高的物體都要釋放出熱量,同樣黑洞也不例外。一個黑洞會持續幾百萬萬億年散發能量,黑洞釋放能量稱為︰“霍金輻射”。黑洞散盡所有能量就會消失。

    處于時間與空間之間的黑洞,使時間放慢腳步,使空間變得有彈性,同時吞進所有經過它的一切。1969年,美國物理學家約翰•阿提•惠勒將這種貪得無厭的空間命名為“黑洞”。

    我們都知道因為黑洞不能反射光,所以看不見。在我們的腦海中黑洞可能是遙遠而又漆黑的。但英國著名物理學家霍金認為黑洞並不如大多數人想象中那樣黑。通過科學家的觀測,黑洞周圍存在輻射,而且很可能來自于黑洞,霍金指出黑洞的放射性物質來源是一種實粒子,這些粒子在太空中成對產生,不遵從通常的物理定律。而且這些粒子發生踫撞後,有的就會消失在茫茫太空中。一般說來,可能直到這些粒子消失時,我們都未曾有機會看到它們。

    霍金還指出,黑洞產生的同時,實粒子就會相應成對出現。其中一個實粒子會被吸進黑洞中,另一個則會逃逸,一束逃逸的實粒子看起來就像光子一樣。對觀察者而言,看到逃逸的實粒子就感覺是看到來自黑洞中的射線一樣。

    等恆星的半徑小于一特定值(天文學上叫“史瓦西半徑”)時,就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時,恆星就變成了黑洞。說它“黑”,是指任何物質一旦掉進去,就再不能逃出,包括光。實際上黑洞真正是“隱形”的.(其實黑洞也不是隱形,因為“隱形”是指光可以通過該物體。而光不能通過黑洞。)

    黑洞與蟲洞據最新的研究聲稱,科學家認為黑洞可能是通往其他宇宙的蟲洞。如果這一理論是正確的,將會有助于解釋例如黑洞信息悖論等量子難題,不過批評家指出這也會產生新的問題,例如蟲洞是怎麼形成的等等。

    黑洞是一種擁有強大引力的物體,任何物體——即便是光——在進入其事件邊界之後都不能逃逸出來。根據愛因斯坦的廣義相對論,黑洞可以由任何物質形成,只要能夠坍縮到足夠小的空間內。

    不過來自巴黎bures-sur-yvette地區法國高等科學研究所(institutdeshautesetudesscientifiques)的物理學家thibaultdaen國際大學的sergeysolodukhin提出一個新的觀點,即這些所謂的黑洞其實就是蟲洞。

    蟲洞是連接時空架構中兩個不同地方的彎曲通道。如果你把宇宙想象為一個二維的紙張,蟲洞就是連接這張紙片和另一張紙片的小通道。也就是蟲洞連向的是一個擁有自己星星、星系等的另一個宇宙。

    引起空間扭曲的小球在我們三維世界的例子就是黑洞。黑洞事實上是存在于四維空間的一種現象,或者說,黑洞是連接三維世界與四維空間的通道(當然絕不是說“如果誰要去四維空間,就請往黑洞走”,那樣只會“死無全尸”而已)。我們有可能通過對黑洞的深入研究,找到克服四維空間的辦法,那樣的話,瓦普跳躍飛行就不再是夢想了。

    現在科學家已經證實,黑洞的存在確實會令周圍的空間極度扭曲。根據廣義相對論,光線在正常的空間里以直線傳播,但當空間扭曲時,光線會隨著空間扭曲的方向而扭曲。如果能給一束射進黑洞的光線拍照的話,我們就會發現,光線呈螺旋形指向黑洞中心,因為黑洞的巨大質量已使周圍的空間扭曲得不成形了。

    黑洞與白洞科學家們提出設想,既然宇宙中有黑洞,那麼一定存在“白洞”。黑洞可以用強大的吸力把任何物體都吸進去,而白洞可以把這些東西都吐出來。科學家們設想,黑洞與白洞是連在一黑洞噴射物不斷變亮起的,黑洞把物質吸進去,物質在里面會經過一個叫做奇異點的東西(至于為什麼叫做奇異點,是因為物質經過它時受到的壓力是無限大的),然後物質就到達了白洞的“管轄範圍”,會被白洞“吐”出來。然後物質就到達了另一個宇宙(平行宇宙到達嬰兒宇宙)。

    黑洞與地球黑洞沒有具體形狀,你只能根據周圍行星的走向來判斷它的存在。雖然它有強大的引力但與此同時這也是判斷它位置的一個重要證據,就算它的“正式邊界”還離我們很遠,我們也沒有任何手段能夠挽救(除非我們能夠在受到它的引力作用前拋棄地球,但是科學不是科幻小說,拋棄地球的可能性在未來很長一段時間內仍然十分渺茫)。這也是人類研究它的原因之一。

    恆星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是依次的五個密度當量星體,密度最小的當然是恆星,黑洞是物質的終極形態,黑洞之後就會發生大爆炸,能量釋放出去後,又進入一個新的循環

    黑洞信息守恆與霍金輻射黑洞信息守恆︰黑洞中的信息被包圍在黑洞中,不能出來。

    霍金輻射︰圍繞一個蟲洞旋轉的物質,其方式和圍繞黑洞的旋轉的物質一樣,因為這兩種天體都以相同的方式擾亂了其周圍的物質運動。

    黑洞趣事假如銀河系被黑洞吸收︰根據廣義相對論,引力越強,時間越慢,物體的長度也縮小。假如銀河系被一個黑洞所吸引,在被吸收的過程中,銀河系會變成一個米粒大小的東西。銀河系里的一切東西包括地球都按相同比例縮小。所以在地球上的人看來,銀河系依舊是浩瀚無邊。地球上的人依舊照常上班學習,跟他們在正常情況下一樣。因為在他們看來,周圍的人和物體和他們的大小比例關系不變。他們渾然不知這一切都發生在一個米粒大的世界里。但因為黑洞周圍引力巨大,任何物體都不能長時間待留。假如銀河系被一個黑洞所吸引,地球上的人只有幾秒的時間去體驗第一個現象.

    對黑洞的疑問黑洞的存在要基于光是粒子,受萬有引力的作用而不能逃離黑洞。在倒相對論中,對光是粒子的論據,進行的多方面的質疑。該理論有一個缺陷,絕大多數人認為脫離地球引力,一定要有第一宇宙速度,這是宏觀認識的疏忽,空氣脫離地球引力,飄散到太空,從來不需要第一宇宙速度。尤其是氫氣,幾乎是被其它氣體趕出地球的,想擠回來都不行,根本稱不上逃離。

    此外,穩定的黑洞外將有一層厚厚的大氣層,而大氣層的外面將會富集氫氣,從而引發核聚變,一個恆星的形象將出現在我們面前。如果是不斷塌縮的黑洞,宇宙的一切將被它吞噬,直到引發另一次爆炸。

    而恆星的末期,都會產生爆炸,使其不會無限度增大質量,人類已經觀測到很多實際例證,但恆星爆炸對物質的沖擊,都未引起導致黑洞形成的塌縮力,那麼想象黑洞自然形成,是否有些過于樂觀?

    如果掉進黑洞里一些科學家假象了宇航員墜入黑洞的情景。事實上,宇航員在沒有進入黑洞時,就是被引力差撕碎(黑洞作用在他頭上和腳上的力的差如此之大)。但是,如果黑洞的進入黑洞質量足夠大,他還是有希望進入黑洞內部的。當宇航員被黑洞吸入後時,他自己並不會感到有什麼異常現象(假如他不被撕碎),就算他掉進視界里。當他到達壓力的極點時,他最終還是被撕碎了。

    最新資料

    黑洞的踫撞

    一項最新研究顯示,使用現有的天文設備能夠觀測到超大質量黑洞踫撞後形成的持續“紅外線晚霞”,這種晚霞能夠持續發光10萬年。這項研究有助于科學家更早地發現黑洞發生踫撞的跡象。

    超大質量黑洞的質量是太陽的數百萬至數十億倍,通常它們出現在像銀河系或更大的星系中心位置。像這樣的踫撞屬于宇宙中最猛烈的現象,黑洞踫撞後產生的能量遠超出宇宙所有恆星的能量之和。踫撞所形成的能量通常被認為以重力波形式釋放,在太空星系結構形成難以捉摸的波紋,這些能被天文觀測裝置探測到。

    只釋放紅外線

    研究人員稱,美國宇航局“斯皮策”太空望遠鏡具備紅外線探測能力,可觀測到此類紅外線發光呈現絢麗晚霞的景象。施尼特曼說,“不同于其他太空紅外線來源,剛踫撞的黑洞不會發出x射線或紫外線,我們只需要找到紅外線來源即可。”未參與此項研究的哥倫比亞大學天體物理學家克里斯坦•蒙諾尤稱,這是一項非常吸引人的天文學研究。

    施尼特曼和克羅利克估計目前宇宙存在著超大質量黑洞踫撞形成的10萬多個可觀測紅外線來源。他們向《天體物理學雜志》提交了這項研究。

    有朝一日天文學家將探測到由超大質量黑洞踫撞發出的重力波,由于這種重力波的頻率非常低,目前激光干涉儀重力波天文台(ligo)無法探測到重力波的存在。

    ■銀河系的中心——黑洞!

    北京時間9月18日消息據國外媒體報道,美國國家航空航天局日前宣布,天文學家們在緊鄰銀河系中心的區域發現了數十顆龐大而且非常明亮的恆星。

    這一發現讓專家們感到萬分驚奇︰要知道在銀河系的中央存在著一個巨型黑洞,此前流行的理論認為,在黑洞附星系的中心被科學家認為是黑洞近是不可能存在任何天體的。

    能夠發現這些恆星還要感謝美國的“錢德拉”x射線太空望遠鏡。它們距離銀河系的中心區域只有95億公里(小于1光年)。要補充的是,地球到銀河系中心黑洞的距離大約為萬光年。

    此次發現的這批恆星的體積大約是太陽的30-50倍,亮度則達到了後者100倍。天文學家們認為,這些恆星可能會發展為超巨星並發生爆炸。隨後,它們將在自身巨大引力的作用下發生收縮、塌陷,最終會演變為一群小型的黑洞。

    通常情況下,身處黑洞附近的天體均會逐漸地被黑洞所吞噬,並最終消失的無影無蹤。天文學家們認為,巨型黑洞均處于各個星系的中央部位。

    眾所周知,包括恆星在內的任何物質一旦陷入黑洞的引力場都會消失的無影無蹤。但是科學家們新近的這一重大發現卻表明,圍繞在黑洞周圍一定距離上的盤狀氣態物質也有可能演化為恆星。

    中國科學院百人計劃入選者,上海天文台星系與宇宙學研究中心研究員沈志強博士領導的一個國際天文研究小組,通過對位于我們銀河系中心被稱為人馬座a(sgra)的射電發射源的高空間分辨率觀測,發現了支持“銀河系中心存在超大質量黑洞”觀點的迄今為止最令人信服的證據。該研究成果刊登在2005年11月3日出版的英國《自然》周刊上。(詳見︰nature,2005年,438期,62頁)

    新形態的黑洞

    新的狀態的黑洞通過x-射線射線發現,最後的能量被證實,但是,在x-射線之前黑洞附近的材料是被吸入的黑洞,通過x-射線望遠鏡的偵查派出,並且光譜儀的比較,也許確定黑洞大小和活躍程度。由于未知的起因,這種新的狀態的黑洞可能是幾個輕量級黑洞聯合會成為,這些輕量級的黑洞有百萬個想法在m82星系,合並成較大中等黑洞。

    巨大黑洞

    所謂“巨大黑洞”是指質量超過太陽100萬倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞,那麼在它周圍的物質亦應當像繞太陽旋轉的行星那樣,遵循“開普勒行星運動三定律”,哈勃太空望遠鏡就在ngc4261、室女座87星系等星系中心發現了高速旋轉的氣體。

    根據開普勒定律,氣體的旋轉速度應與其圍繞天體的質量的平方根成正比,與旋轉半徑的平方根成反比。如果能夠確定旋轉速度和半徑,就能求出哪個天體的質量,ngc4261旋轉半徑為300光年以內,質量約為太陽質量的20億倍;m84星系旋轉半徑為30光年以內,質量約為太陽質量的3億倍;m87星系旋轉半徑為15光年以內,質量約為太陽質量的30億倍。計算結果應當是令人吃驚的!10億倍太陽質量的黑洞的半徑大約為10天文單位,也就是1光年的一萬分之一。所以,哈勃太空望遠鏡的觀測結果與黑洞的半徑相比較,還沒有把握住黑洞的外側。

    1995年,有關科學家與美國史密森尼安天文台合作,使用超長基線電波干涉儀群觀測獵犬ngc4258星系的中心區域,發現在ngc4258星系中心僅光年的區域內,就存在相當太陽質量3600萬倍的質量,而且獲得了迄今為止最精確的旋轉速度。由此,星系中心存在巨大黑洞的可能幾乎轉瞬間便具有了可能性。同年,科學家們進行了對確認巨大黑洞具有決定意義的觀測,證據是通過日本的x射線天文衛星觀測得到的,觀測對象是名為“mcg-6-30-15”的一個活躍星系。觀測結果表明,來自這個星系中心的x射線發生了“引力紅移”,這是非黑洞無法解釋的。

    所謂“引力紅移”是在強引力作用下,時間似乎變慢的可用廣義相對論解釋的現象,在這種現象中光波長變長。這個現象被確認其意義就相當于直接觀測到黑洞。科學家從此得到了巨大黑洞存在的強有力的證據,任何星系都存在巨大黑洞。

    黑洞**2001年1月,英國聖安德魯大學著名理論物理科學家烏爾夫•利昂哈特宣布他和其他英國科研人員將在實驗室中制造出一個黑洞,當時沒有人對此感到驚訝。然而俄《真理報》日前披露俄羅斯科學家的預言︰黑洞不僅可以在實驗室中制造出來,而且50年後,具有巨大能量的“黑洞**”將使如黑洞**構想圖今人類談虎色變的“**”也相形見絀。

    “人造黑洞”只能吞光線

    人造黑洞的設想由威廉•昂魯教授提出,他認為聲波在流體中的表現與光在黑洞中的表現非常相似,如果使流體的速度超過音速,那麼事實上就已經在該流體中建立了一個人造黑洞現象。但利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足夠的引力,除了光線外,無法像真正的黑洞那樣“吞下周圍的所有東西”。

    黑洞**可以造成10億人死亡

    俄羅斯科學家亞力克山大•特羅菲蒙科認為,能吞噬萬物的真正宇宙黑洞也完全可以通過實驗室“制造出來”︰一個原子核大小的黑洞,它的能量將超過一家核工廠。如果人類有一天真的制造出黑洞**,那麼一顆黑洞**爆炸後產生的能量,將相當于無數顆**同時爆炸,它至少可以造成10億人死亡。”

    據俄媒體透露,俄羅斯太空學家們早就開始關注于黑洞現象的研究,在俄羅斯太空學會為俄軍事院校21世紀軍人編的一部教科書上,就有幾章專門涉及“黑洞知識”。

    “黑洞”無疑是本世紀最具有挑戰性、也最讓人激動的天文學說之一。許多科學家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著,新的理論也不斷地提出。不過,這些當代天體物理學的最新成果不是在這里三言兩語能說清楚的。有興趣的朋友可以去參考專門的論著。

    網絡黑洞

    黑洞在網絡中亦指電子郵件的消息丟失或usenet公告消失的地方。

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