2010-08-09

宇宙黑洞(組圖)


神秘的宇宙黑洞


“黑洞”你肯定聽說過,對它知道多少?圖片帶你去看看宇宙黑洞的底細。

宇宙黑洞,它黑,這表明它不向外界發射和反射任何光線或者其他形式的電磁波,不管是波長最長的無線電波,還是波長最短的γ射線。所以你無法看到它,因為它是黑的。它有個洞,意思是任何東西只要以進入它的地盤,就別想再離開了,所以它跟個無底洞似的。

關於宇宙黑洞,老早就有人提出了。

1798年,法國大科學家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,1749-1827)就根據牛頓的力學理論推測:一個像地球、直徑為太陽250倍的發光恒星,在其引力的作用下,將不允許它的任何光線到達我們這裡。

這得從太空船說起了。太空船要飛出地球進入行星際空間,至少得11.2千米/秒的速度才能擺脫地球引力。

11.2千米/秒的速度,就是一個物體從地球引力場中逃出去必須具備的最低速度,人們管它叫地球的“逃逸速度”。太陽的引力比地球的強多了,太陽的逃逸速度理所當然的比地球的大得多,得618千米/秒。如果一個天體的逃逸速度達到或者超過了光速,光也沒本事逃得出去。這樣的天體,就是黑洞,就是拉普拉斯說的那個天體。

曾經有人問了個特別逗的問題:如果用一盞威力巨大的探照燈照往黑洞裡照,能不能看到底啊?估計不行。射向黑洞的光,不管有多麼強,都會被黑洞全部吃掉,不會有一點反射,洞裡依然是黑的。所以,人們管這種奇特的天體叫——黑洞,挺合適的。

宇宙間沒有任何東西的速度能超過光速。既然連光都逃不出黑洞,那什麼東西都別想逃了?
如今,科學家對宇宙黑洞的認識也更加深入了。現在的說法是,黑洞是愛因斯坦在20世紀初期創立的引力理論——廣義相對論——所預言的一種特殊天體。

因為光都逃不了,我們也就看不見它了。成為黑洞的恒星就這樣從觀察的宇宙中消失了。看不見的黑洞和看得見的宇宙之間總有個界限吧,人們都叫它視界(event horizon)。視界內部會發生什麼呢?誰也不知道,反正現在是這樣。天文學家猜測,正在收縮的恒星還會繼續收縮,知道收縮到無限小和無限密的點為止。那個點叫奇點(singularity)。

你要是一不小心掉宇宙黑洞裡去了,那你就算玩完了。黑洞裡的引力增長速度太牛了,拽你腳的力量比拽你頭的力量大多了,你會被拉得又細又長,拉成麵條,如果你的韌勁夠大的話。其實物質進入視界,毫無疑問會被強大的引力撕成粉碎。

宇宙黑洞可以說是以個與世隔絕的視界,被黑洞吸進去的物資會以光速墜向黑洞中心,這時除了品質、角動量和電荷會被吸收成黑洞的整體屬性,其他的像半徑、密度、溫度、化學成分、磁場等等全被黑洞吞沒了。天文學上管這個性質叫“無毛地理”。
如果物體的密度固定不變,把越來越多東西堆積在一起,這堆物質的引力會隨著品質的增大而越來越強,到頭來,它的引力總會強到連光線都逃逸不出去的程度。這麼說吧,把品質像1.4億個太陽多的水集中起來做成一個大水滴,它就會成為一個黑洞,這個水滴黑洞的直徑得有8億千米。

還有一種情況,是美國物理學家奧本海默(Julius Robert Oppenheimer,1904-1967)和斯奈德(Snyder)首先想到的:如果恒星的品質不變,並讓它們不斷收縮那麼恒星的密度會越來越大,這樣它的引力場也會越來越強。所以只要一直收縮,它遲早會變成一個連光都逃不出去的黑洞。比如太陽要是收縮到半徑只有3千米的時候它就會變成一個黑洞。這個半徑只有3千米的小圓球,密度卻大得嚇死你——一立方米釐米的體積裡有200億噸物質!太牛了!這兩位仁兄根據愛因斯坦的廣義相對論,分析了恒星在自身的引力作用下坍縮的過程,在1939年提出了比較準確的黑洞理論。所以,1939年,人們把它算作現代黑洞理論誕生的年份。

科學家認為宇宙中應該有三種黑洞:恒星級黑洞、星系級黑洞和原生黑洞。
有些恒星恒星真的很大,比太陽要大幾十倍。它們的一生輝煌而短暫,只能活幾千萬年。當這樣的一顆恒星消亡,也就是超新星爆發之後,它龐大的身軀在引力的作用下收縮。宇宙中沒有任何力量能阻止這龐然大物垂死掙扎的壓力,就算原子內部的核動力也沒招兒。恒星越變越小,引力卻越來越大。最終恒星收縮到很微小的時候,它的引力使任何東西都無法逃逸,這是它就成黑洞了。

在星系的中心部分,恒星非常密集,星體之間容易發生大規模的碰撞和合併,結果形成一些品質極其巨大的天體,這種超大品質的天體坍縮後,可以成為品質超過太陽一億倍的黑洞。

黑洞是宇宙中最自私的,因為它只進不出,可是現在卻發現黑洞也會釋放一些物質。

根據大*宇宙學的理論,造成宇宙膨脹的那次“大*”具有異常巨大的力量,它把一些物質擠壓得極其緊密,這樣就形成“原生黑洞”。

“原生黑洞”都很小,通常只有一個基本粒子那麼大,可是品質卻跟一顆小行星差不多。

1976年,霍金提出黑洞政法的新理論,說真空並不是一無所有,而是存在數量相等的正、反粒子對,它們之和雖然為零,但它們的存在和起伏會影響物理過程。物質和反物質在經過黑洞附近時,可能一個掉入黑洞,同時將另一個排除黑洞,這意味著黑洞能產生和發射一些粒子。

 
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