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神秘的黑洞未解之谜

时间:2022-09-29 百科知识 版权反馈
【摘要】:中间的白色圆点是星星在黑洞周围旋转,这是一种死亡舞蹈,它们不可抗拒地旋入黑洞的中心并被吞没。这些照片第一次从正面证实了,多年来天文学领域有关宇宙中有数目众多的隐身黑洞广泛存在的推测。通常正是这些逃跑出来的X射线,显示出此处有黑洞确实存在的痕迹。这就是以往人们发现黑洞的最直接证据。科学家断定,这种黑洞正是在成长壮大中的宇宙星系前身,因此将其命名为“类星体”。

“黑洞”是什么呢?顾名思义,“黑洞”不会发光,是黑洞洞的。它不是通常意义上的星,而只是空间的一个区域,一种特别的天体。也就是说,它是一个阴极的天体空间,具有强大的引力场,以致于任何东西,甚至连光都被它吸进而不能逃掉。“黑洞”像一个饿极了的魔鬼,张着黑洞洞的大嘴吞噬着宇宙间的任何一样物体。当恒星靠近黑洞,就会很快被它的引力拉长成面条形的物质流,然后被它狼吞虎咽地迅速吞进“肚子里”。一旦一颗恒星被黑洞抓住后,就会被强大的潮汐力撕得粉身碎骨,然后再吸入一个环绕黑洞的抛物形结构的盘状体里,在不断旋转中,由黑洞慢慢“享用”,并产生巨大的能量。其实,宇宙黑洞这个天体空间,正像中国的道家所说的“道生一,一生二,二生三,三生万物”的“一”的状态,也是儒家所说的“是故,易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦”的太极的形态。当这个“饿极了的魔鬼”“吃”得快要撑破肚皮时,宇宙间的物质都密集地集中在一起,其密度为水的100万亿倍,而温度高达150亿摄氏度。这个“贪婪的饿鬼”依然往“肚子”里吞东西,当黑洞所吸收的物质超过它所能承受的临界点时,就会产生宇宙大爆炸。在爆炸初级的高温阶段,宇宙中只有中子、电子、光子、中微子等基本粒子形态的物质,形成一个原始的火球,它向周围急速膨胀,同时温度和密度都不断下降。当温度下降到100亿摄氏度时,宇宙中开始形成化学元素,随后,宇宙物质取等离子态。当温度下降到几千摄氏度时,等离子体复合成通常的气体,当温度再往下降时,气体物质逐渐凝聚成星云,以后又凝缩成各种星体,成为今天总星系的模样。更为神奇的是,宇宙大爆炸后形成星云涡流的形状,和今天我们看到的太极图极其相似,其中是否存在我们人类至今尚未揭开的秘密呢?宇宙中诞生一个新的星系,爆炸后每一个小碎块都比地球大出上百倍乃至还多。尽管它们的质量各有不同,但它们都能按着各自既已形成的轨道,依靠着爆炸瞬间产生的能量,围绕着某一个中心永远不停地旋转起来。

一、发现黑洞

能够靠近星体是人类古老的梦。16世纪天文望远镜的发明,帮我们解开了天体之谜。今天的射电望远镜的出现,使我们能更准确地观察宇宙。1990年,哈勃太空望远镜的发射升空,使我们能够更深入地观察宇宙。哈勃太空望远镜是以埃德温·哈勃的名字命名的,他早在1929年就注意到宇宙是不断扩张的。哈勃太空望远镜在我们的银河系中心所拍的照片十分清晰,基于这些照片,科学家推测在银河系中心有一个巨大的黑洞。

天文学家用夏普超级照相机拍摄了6000亿个小斑点,其照片通过高性能的电脑阅读、分析,这就是天文学家如何在银河系中心找到一个巨大黑洞的过程。如何拍摄一些实际上看不见的东西呢?天文学家从中心点按某种特定的、不同的间隔来观察星体,测量它们准确的速度。其结果发现和太阳系相似之处在于,越接近中心,星星移动得就越快。就像太阳系一样,在中心处有一个堆,它能掌控一切。它是250万个太阳堆同在一个非常小的体积里而不是一个太阳堆。中间的白色圆点是星星在黑洞周围旋转,这是一种死亡舞蹈,它们不可抗拒地旋入黑洞的中心并被吞没。

如果一个星体比太阳大很多,这样一颗星体会在相对短的时间,也就是几百万年内爆炸;如果一颗星体比太阳大几百倍,那么它所剩的只有灰烬,如果这些灰烬有足够的重量,那就会崩裂而形成一个小黑洞。在银河系中,黑洞之所以出现在中心位置,或许是由于在其巨大引力下将星体拉到中心,形成了非常稠密的星体堆。在某个时候星体大量地滑移,彼此融化,形成一个尺寸中等大的黑洞,它们依靠不断吸入其他物质、星星和气体,随着时间的推移越变越大。

这些照片第一次从正面证实了,多年来天文学领域有关宇宙中有数目众多的隐身黑洞广泛存在的推测。充分的证据使人们相信,在浩瀚的宇宙中,确实充满着各种各样未被发现的巨大引力源泉“类星体”黑洞群体。

我们知道在现实中的宇宙黑洞,由于其巨大的引力作用,连光线都被紧密吸引束缚,从而无法被人们直接观测发现。为确定黑洞天体存在的证据,天文学家通过研究发现,在黑洞周围的物质具有其特定行为:在黑洞周围的宇宙空间中,气体物质具有超高的温度,而且在被黑洞强大引力场吸引剧烈加速后,这些物质在彻底消失前均会被提升到接近光速。而当气体物质被黑洞彻底吞噬后,整个过程都会释放出大量的X射线。通常正是这些逃跑出来的X射线,显示出此处有黑洞确实存在的痕迹。这就是以往人们发现黑洞的最直接证据。

而另一方面,在格外活跃的超大型宇宙黑洞周围,因为其对周边物质剧烈的吸引和吞噬行为,还会在黑洞星体外围产生一层厚重的宇宙气体和尘埃云层,于是进一步增大了对黑洞体附近区域的探测难度,妨碍了天文学家对这些超大黑洞存在的发现工作。天文学上将这些极度活跃的黑洞定义为“类星体”。一般情况下,一个类星体平均一年总共吞噬的物质质量,相当于1000个中等恒星质量的总和。一般情况下,这些类星体距离太阳系都非常遥远,当我们观测到他们时已经是亿万年以后的现在,这证明此类黑洞的活动出现在宇宙诞生初期。科学家断定,这种黑洞正是在成长壮大中的宇宙星系前身,因此将其命名为“类星体”。

迄今为止,只有很少几个“类星体”黑洞被发现,在茫茫的宇宙深处,是否还有数量众多的其他类星体存在,仍有待人们进一步去发现,而天文学家在该领域的研究工作,则完全依靠对宇宙内部X射线的全面观测研究来予以证明。

二、黑洞能吞进整个宇宙吗

黑洞是我们宇宙中最奇怪、最神秘的物体,它们像宇宙中的真空吸尘器,能吞噬靠近它们的任何东西,无论是大头针,还是体积是太阳1亿倍的星体,黑洞都能吞没。它们没有确切的目的,只是穿梭在时空中。宇宙中人类所认知的星体有2000亿个,天文学家相信在宇宙中有无数个黑洞,对黑洞深处的研究将揭开宇宙形成的奥秘。

在原则上没有什么东西可以充满黑洞,但是我们的宇宙正在飞速地扩张。科学家发现其他河外星系都在移动,而且移动的速度越快。如上所述,一个大的黑洞存在于银河系中心,这个黑洞没有充足的能量来停止扩张,宇宙本身也没有足够大的能量停止扩张。最终宇宙扩张到极限而再回转是可能的。有许多天文学家及理论物理学家相信这种现象将会发生。如果是那样,宇宙本身就是一个黑洞,它本身被吸入,然后再回到所有黑洞内部最终的起点。

如果一个勇敢的宇航员乘坐火箭船在黑洞边缘绕行,穿过黑洞的地平线,在那里将会发生什么样的情景?他将会碰到什么样的危险?不幸的是,我们无法得知他所知道的一切。因为这是一个单程旅行。他将会被强大的引力所吸引,并且像意大利面条一样抽出直到被扯碎,并且他不会生还……

如果一件东西不小心落入黑洞的中心,物理学家相信也许它不会丢失,它很可能通过黑洞落入另一个宇宙,这就是虫洞。比如说,两点之间最短的距离是直线,这是我们在小学就学到的知识。但是,物理学家认为这个结论不确切,因为一条直线不是两点间最短的距离。我们能在多维空间将纸弯曲,让两点彼此接触,所以虫洞是捷径,是最短的距离。通过多维空间的捷径,通过第三维,允许我们取巨大的距离,或许在一段时间内来回移动第四维,进行一次奇妙的时间旅行,这看起来不可思议,想要实现可能要依靠黑洞的帮助。

科学家依据广义相对论引力场方程推出:宇宙中的黑洞是连接两个分离时空区的隧道,如果反物质世界处于另一时空,那么黑洞就可能是通往反物质世界的通道。当然,对于黑洞内部,我们仍然一无所获,但是,黑洞内部最大的可能就是一个反物质世界。

反物质的发现不仅仅能为我们解释数起神秘大爆炸原因,还会为宇宙的起源提供突破性的线索,从某意义上说,宇宙、真空和反物质是有其统一的一面的。

反物质的发现还被认为是人类的最终能量,是宇宙飞船最理想的燃料。科学家们认为,反物质是无穷尽能量的来源。在宇宙中有一种怪异的天体叫作类星体,它释放的能量高达1045克尔格/秒,比银河系所有恒星释放的总能量还要多很多,但它的体积却很小,直径不到1光年

比如说,假如在银河系银心处有一个类星体,那么太阳早就黯然无光了。目前我们所知的恒星的能量来源是氢核反应,可是氢核反应绝不能释放出像类星体那样剧烈的反应,什么样的反应才能如此剧烈呢?唯一的解释就是反物质的湮灭反应。

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