黑洞的死亡舞蹈

黑洞是宇宙中最奇怪、最神秘的物體。它們像宇宙中的吸塵器，吞沒(méi)靠近它們的任何東西，甚至體積是太陽(yáng)1億倍的星體。黑洞都能吞沒(méi)。它們沒(méi)有明確的目的，只是在時(shí)空中穿梭。宇宙中人類(lèi)所認(rèn)知的星體有2000億，天文學(xué)家相信在宇宙中有無(wú)數(shù)個(gè)黑洞，通過(guò)對(duì)它們的研究將揭開(kāi)宇宙形成的奧秘。

黑洞如何形成?

繼牛頓之后，一位名叫約翰·米歇爾的英國(guó)科學(xué)家預(yù)測(cè)，有一種物體有很強(qiáng)的引力場(chǎng)，以至于連光線(xiàn)都不能夠逃逸。對(duì)于這一理論，法國(guó)數(shù)學(xué)家及科學(xué)家拉普拉斯做了明確的解釋?zhuān)钣姓f(shuō)服力的是奧本海默和他的同事提出的理論。奧本海默和施奈德合寫(xiě)了一篇關(guān)于星體及星云裂變的文章。那時(shí)人們不叫它黑洞，這個(gè)名字是后來(lái)才有的。這些觀察都證明，黑洞是真實(shí)存在的。

為了了解黑洞是如何形成的，首先需要知道宇宙是如何形成的。宇宙大約在200億年～150億年前形成。它始于無(wú)限密集且溫度非常高的一個(gè)點(diǎn)，科學(xué)家稱(chēng)其為奇點(diǎn)，我們所知的自然法則對(duì)它完全不適用。它積累了大量的物質(zhì)，到達(dá)一個(gè)極點(diǎn)后爆發(fā)，科學(xué)家稱(chēng)這種現(xiàn)象為大爆炸。大爆炸之后，小的氣體云再次集中起來(lái)，并在引力的影響下組合。因此，就形成像太陽(yáng)一樣的星體。太陽(yáng)的歷史大約50億年，它不會(huì)永遠(yuǎn)存在，再過(guò)50億年太陽(yáng)將會(huì)消亡。太陽(yáng)可以將光和熱量送到3.8億千米之外，這些能量來(lái)自核裂變反應(yīng)，在溫度高達(dá)1500℃時(shí)，氫轉(zhuǎn)化成氦。當(dāng)太陽(yáng)到了生命盡頭時(shí)，它將不能承受內(nèi)部裂變反應(yīng)的壓力，熱氣使太陽(yáng)膨脹并使它爆裂，然后，地球上的所有生命和其他行星將會(huì)湮滅。在此過(guò)程中，太陽(yáng)將會(huì)變異成一個(gè)紅色的巨星。當(dāng)太陽(yáng)的燃料最終用完后，它可能在自身重心的影響下分裂。許多像太陽(yáng)一樣的星體壓縮成我們所知的中子星。黑洞源自于中子星，其數(shù)量比太陽(yáng)一樣的恒星多很多倍。

怎樣發(fā)現(xiàn)黑洞?

渴望靠近星體是人類(lèi)古老的夢(mèng)。16世紀(jì)天文望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，幫助我們解開(kāi)了天體之謎。今天的射電望遠(yuǎn)鏡使我們能更準(zhǔn)確地觀察宇宙。1990年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射升空，使我們能夠更深入地觀測(cè)宇宙。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是以埃德溫·哈勃的名字命名的，他早在1929年就注意到宇宙是持續(xù)擴(kuò)張的。

天文學(xué)家用超級(jí)照相機(jī)拍攝了6000億個(gè)小斑點(diǎn)，通過(guò)電腦閱讀、分析，這就是他們?nèi)绾卧阢y河系中心發(fā)現(xiàn)黑洞的過(guò)程。如何拍攝一些事實(shí)上看不見(jiàn)的東西呢?天文學(xué)家從中心點(diǎn)按某種特定的、不同的間隔來(lái)觀察星體，測(cè)量它們的確切速度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)和太陽(yáng)系相似之處在于銀河系中越接近中心，星星移動(dòng)得就越快。就像太陽(yáng)系一樣，在中心處有一個(gè)堆，它能控制一切。它不是一個(gè)太陽(yáng)堆，而是250萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)堆同在一個(gè)非常小的體積里，中間的白色圓點(diǎn)是星星在黑洞周?chē)D(zhuǎn)，這是一種死亡舞蹈，它們不可抗拒地旋入黑洞的中心并被吞沒(méi)。

如果一個(gè)星體比太陽(yáng)大很多，那么這樣一顆星體會(huì)在相對(duì)短的時(shí)間也就是幾百萬(wàn)年內(nèi)爆炸：如果一顆星體比太陽(yáng)大幾百倍。那么它所剩的只有灰燼。如果這些灰燼有足夠的重量，那就會(huì)崩裂形成一個(gè)小黑洞。在銀河系中，黑洞之所以出現(xiàn)在中心位置，可能是由于在其巨大引力下將星體拉到中心，形成了非常稠密的星體堆。在某時(shí)星體大量滑移，彼此融化，形成一個(gè)中等尺寸的黑洞。它們通過(guò)不斷吸入其他物質(zhì)、星星和氣體，隨著時(shí)間的推移，黑洞會(huì)越變?cè)酱?。衛(wèi)星投入使用后，天文學(xué)家及宇宙學(xué)家開(kāi)始揭示黑洞的理論原理，我們也因此了解到更多關(guān)于宇宙及黑洞的知識(shí)。

黑洞內(nèi)部有什么?

黑洞內(nèi)部有什么秘密在等待我們?nèi)ヌ剿髂?所有的物質(zhì)，無(wú)論是灰塵還是行星，都趨向于黑暗，被重心巨大的力量所牽引，潛伏在內(nèi)部的某個(gè)地方，這就是時(shí)間與空間分離的地方。

物理學(xué)家曾相信只有三維空間，即長(zhǎng)度的維數(shù)、高度的維數(shù)及寬度的維數(shù)。這三個(gè)數(shù)字讓我們把一切事物放置在從你的鼻尖到宇宙的盡頭。愛(ài)因斯坦引入第四維——時(shí)間，就是說(shuō)宇宙由四維組成。為了理解宇宙的性質(zhì)，我們不得不特別關(guān)注時(shí)間的維數(shù)。通常我們經(jīng)歷時(shí)間和空間是非常困難的事情。我們已經(jīng)在太空中認(rèn)知了三維。通常我們看表時(shí)只是感知時(shí)間，但不能影響時(shí)間。時(shí)間的運(yùn)動(dòng)總是在同一個(gè)方向上進(jìn)行一從過(guò)去到將來(lái)。我們既不能讓時(shí)間逆轉(zhuǎn)，也不能讓其停止，更不能讓其提前。自然科學(xué)家把空間和時(shí)間用數(shù)字的方式描述成一個(gè)單元，時(shí)空、時(shí)間是第四維的。1905年。愛(ài)因斯坦創(chuàng)造廣義相對(duì)論，用來(lái)統(tǒng)一時(shí)間和空間，用以證明一個(gè)運(yùn)行的時(shí)鐘比一個(gè)靜止的時(shí)鐘走得慢。也就是說(shuō)，一個(gè)移動(dòng)很快的物體。時(shí)間過(guò)得比在地球上慢。在飛機(jī)上，時(shí)間的延伸只是億萬(wàn)分之一秒，然而。這個(gè)時(shí)鐘仍然非常精確，足以證明愛(ài)因斯坦的理論。

根據(jù)愛(ài)因斯坦的理論，按軌道環(huán)繞地球的飛行員，大約每小時(shí)行駛73000千米，時(shí)間過(guò)得卻非常慢。因此在廣義相對(duì)論里沒(méi)有絕對(duì)的時(shí)間，愛(ài)因斯坦把時(shí)間和空間作為動(dòng)力來(lái)理解。因此，時(shí)空不是平直的而是卷曲的。為了理解這一理論，我們想象一個(gè)空間作為一個(gè)有彈性的橡膠布，大量的星體創(chuàng)造了一個(gè)槽，就像蹦床上的保齡球一樣。所有的物質(zhì)都沿最小阻力的曲線(xiàn)軌道而運(yùn)行，因此物質(zhì)決定了時(shí)空的曲率。同時(shí)，時(shí)空決定了物質(zhì)的運(yùn)行行為。在太陽(yáng)周?chē)膮^(qū)域，重心使時(shí)空卷曲。太陽(yáng)背后的星光沿這個(gè)曲率運(yùn)行并被彎曲。因此，星體的位置對(duì)于地球上的觀察者來(lái)說(shuō)有些歪斜。巨大的物質(zhì)能使時(shí)空卷曲，它的功能就像曲光鏡。

黑洞的奇點(diǎn)符合大爆炸的奇點(diǎn)。宇宙的密度及時(shí)空的曲率在這里是無(wú)限的。我們不能處理無(wú)限的數(shù)字，所以奇點(diǎn)是抽象的點(diǎn)，沒(méi)有人會(huì)到達(dá)那里。黑洞的中心會(huì)發(fā)生什么，就像大爆炸之前會(huì)發(fā)生什么一樣，這個(gè)問(wèn)題目前無(wú)法回答，但黑洞給我們提供了發(fā)揮奇異思考的空間。

宇宙會(huì)被吞沒(méi)嗎?

黑洞能吸進(jìn)整個(gè)宇宙嗎?原則上可以，但是別忘了我們的宇宙正在飛速地?cái)U(kuò)張?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)其他河外星系都在移動(dòng)，而且越移越快。如上所述，在銀河系中心有一個(gè)大的黑洞，這個(gè)黑洞沒(méi)有足夠大的能量來(lái)停止擴(kuò)張，宇宙本身也沒(méi)有足夠大的能量停止擴(kuò)張。最終宇宙擴(kuò)張到極限而再回轉(zhuǎn)是可能的。許多天文學(xué)家及理論物理學(xué)家相信這種現(xiàn)象將會(huì)發(fā)生。如果是那樣，宇宙本身就是一個(gè)黑洞，它本身被吸入，然后再回到所有黑洞內(nèi)部最終的奇點(diǎn)。

如果一個(gè)勇敢的宇航員乘坐火箭船，穿過(guò)黑洞的地平線(xiàn)，在那里將會(huì)發(fā)生什么?他會(huì)遭遇什么?不幸的是，他將不能告訴我們他所知道的一切。因?yàn)檫@是一個(gè)單程旅行，他將會(huì)被強(qiáng)大的引力所吸引，并且像意大利面條一樣抽出直到被扯碎，他不會(huì)生還……

如果一件東西不慎落入黑洞的中心，物理學(xué)家相信也許它不會(huì)丟失。它很可能通過(guò)黑洞落入另一個(gè)宇宙，這就是蟲(chóng)洞。我們都知道，兩點(diǎn)之間最短的距離是直線(xiàn)。然而，物理學(xué)家不這么認(rèn)為，因?yàn)槲覀兡茉诙嗑S空間將紙彎曲，讓兩點(diǎn)彼此接觸。所以蟲(chóng)洞是捷徑，是最短的距離。通過(guò)多維空間的捷徑，通過(guò)第三維，允許我們?nèi)∽疃痰木嚯x，也許在一段時(shí)間內(nèi)來(lái)回移動(dòng)第四維，進(jìn)行一次奇妙的時(shí)間旅行。這看起來(lái)不可思議，要能實(shí)現(xiàn)，可能要依賴(lài)黑洞的幫助。根據(jù)相對(duì)論，物理學(xué)家假設(shè)一個(gè)黑洞有兩個(gè)末端，兩個(gè)末端在時(shí)空的不同地區(qū)開(kāi)始，直到20世紀(jì)80年代，這些隧道被看成是科幻作家的想象。

但是斯蒂芬·霍金相信某一段的時(shí)間旅行是可能的，但是必須建立一個(gè)時(shí)間機(jī)器。太空船進(jìn)入黑洞的蟲(chóng)洞，而在另一個(gè)時(shí)間另一個(gè)地點(diǎn)出現(xiàn)，太空船捕捉到一個(gè)行星，行星的引力就像磁鐵，時(shí)間隨著每一次旋轉(zhuǎn)而慢下來(lái)。事實(shí)上，對(duì)于移動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)，時(shí)間流逝較慢，也適用于蟲(chóng)洞的末端。如果遵循物理學(xué)家的假設(shè)，那么蟲(chóng)洞不必在宇宙空間，然而能與其他宇宙連接。許多科學(xué)家相信，我們的宇宙在漸漸地?cái)U(kuò)張，總有一天它會(huì)崩裂。如果這個(gè)最后的崩裂也被稱(chēng)為大爆炸，那么我們的宇宙能通過(guò)蟲(chóng)洞溲步并且產(chǎn)生新宇宙。這種想法讓我們推測(cè)，宇宙的形成可追溯到200億年～150億年以前，就是多宇宙論。也許我們的宇宙并不孤獨(dú)，也許我們的宇宙有孩子，也許我們的宇宙本身會(huì)發(fā)出隆隆的聲音。

隨著歷史的進(jìn)程，人類(lèi)已揭示了許多宇宙的秘密。但是對(duì)于那些古老的謎團(tuán)你能找到真正的答案嗎？一件事是肯定的：許多問(wèn)題的答案仍藏在黑洞的深處。