黑洞是宇宙中最神秘、最詭異的東西之一??茖W研究為我們逐漸揭開其面紗,以下是有關黑洞的十大知識。
根據(jù)質(zhì)量,黑洞可被分為三類:
恒星級黑洞:燃料耗盡時,恒星可能會坍縮成黑洞。所有黑洞剛開始都很小,然后隨著吞噬周圍物質(zhì)而不斷增大。
超大質(zhì)量黑洞:質(zhì)量為太陽的幾十萬至幾十億倍。
中介質(zhì)量黑洞:質(zhì)量超過恒星級黑洞,但小于超大質(zhì)量黑洞,首次發(fā)現(xiàn)于2014年。質(zhì)量是太陽的幾百倍至幾十萬倍。
*原生黑洞:這是一種假說中的黑洞,形成于宇宙大爆炸時。
理論上,最小的黑洞可能僅為普朗克長度——1.6×10^-35米,物理學的最小距離單位。但若要證明這點,我們得先證明引力量子論的存在。
沒有東西能夠逃脫黑洞的引力,光也不例外,“黑洞”名副其實。但這并不代表我們無法探測黑洞。舉例而言,天體物理學家能夠通過周圍被撕裂的恒星物質(zhì)及能量流探測到黑洞。氣體微粒在黑洞周圍形成漩渦,并噴射出強大的X光。此外,科學家還可以觀察附近的恒星運動,對黑洞進行探測。
別被名字騙了。所謂黑洞,是極小體積內(nèi)集中了極大質(zhì)量。因此,黑洞的引力場非常強大,以至于沒有東西能夠逃離。
幾乎每個星系中心都有一個超大質(zhì)量黑洞,質(zhì)量通常是太陽的幾百萬倍。銀河系的超大質(zhì)量黑洞位于人馬座A*,距離太陽系2.6萬光年,質(zhì)量是太陽的四百萬倍。
1967年,普林斯頓物理學家約翰·惠勒發(fā)明了“黑洞”這個術(shù)語。但早在此之前,就已有科學家描述過大質(zhì)量物體壓縮在小體積內(nèi)的現(xiàn)象,并對此進行了推論。
1915年,愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論,而卡爾·史瓦西則用這些方程式證明了黑洞的存在。之后,他又推算出了施瓦茨席爾德半徑,即物體坍縮成黑洞的閾限值。理論上,只要條件符合,任何物體都可以變成黑洞。地球若想成為黑洞,需壓縮為半徑8.9毫米的球體;而太陽的施瓦茨席爾德半徑為3千米。
記住,迄今為止,我們沒有“發(fā)現(xiàn)”過任何黑洞。嚴格說來,在科學領域中,我們只有“觀察”到某物,才能說“發(fā)現(xiàn)”了它。不過,關于黑洞的間接證據(jù)太多了,很少有天體物理學家能夠否認它的存在。
此外,早在約1790年代,英國的約翰·米歇爾和法國的皮埃爾-西蒙·拉普拉斯就各自提出了“暗星”的存在。他們計算了逃逸速度超過光速所需的質(zhì)量和體積。但由于他們采用的是牛頓定律,因此計算結(jié)果并不對。
黑洞中心是引力奇點,這是一個一維的點,巨大質(zhì)量被壓縮在無限小的空間里。密度和引力變得無窮大,時空也變得無限彎曲。在這里,物理學定律不再適用。接近奇點時,物體會變成條狀伸展開來。如果你落入黑洞,那么由于光線彎曲,你將看到扭曲的畫面。最終,物體將完全失去維度,消失在奇點。
人們通常有一個誤解,認為黑洞像一個巨大的真空吸塵器。確實,黑洞能夠以極快的速率拉扯物體,但這完全是由于引力的作用。理論上,如果你將太陽替換成一個同等質(zhì)量的黑洞,那么太陽系內(nèi)的所有東西都將照常運行。
假設你能夠安然無恙地身處黑洞并觀察周圍物體,那么你將發(fā)現(xiàn)物體在通過事件視界時會減緩速度、凝固在時間里,仿佛它們從未通過事件視界。這是由于時空扭曲,光到達你眼睛所需的時間變得無限長。隨著時間的推移,光波變得越來越長,光變得越來越暗淡,最終變成紅外輻射、無線電波,消失在視野里。
理論上,蟲洞是連接不同時空的隧道。有些物理學家認為,黑洞和蟲洞擁有不少共性。也許,黑洞就是蟲洞,蟲洞就是黑洞。
真是越來越詭異了。
我們的宇宙或許誕生自一個黑洞,而宇宙中數(shù)以億計的黑洞或許又能夠各自孵化出它們的宇宙。上文曾提及,物理定律會在奇點失效。但有些物理學家推測,物理定律或許得以在新宇宙中“重生”。