宇宙膨胀与黑洞

第三节　宇宙膨胀与黑洞

在宇宙中，充满着神秘的暗物质，它主导着宇宙的形成。大约65年前，弗里兹·扎维奇第一次发现了暗物质的存在。在引入“宇宙爆炸理论”之后，许多宇宙学家相信宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）。与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上，观测到的结果从来就没有与此相符合过。

当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时，暗能量出现了。暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲，它们的组成是完全不同的。更重要的是，像普通的物质一样，暗物质是引力自相吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相排斥的，并且在宇宙中几乎均匀地分布。

暗物质空间

按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙中，物质密度决定了宇宙的几何，以及宇宙的过去和未来。物质通过使时间-空间发生弯曲来改变引力，就像保龄球在橡皮垫上滚动一样。

在1998年对爆炸的恒星进行的观测表明，宇宙正在以不断增长的速度扩张着。这令人们大为吃惊，以前大多数的科学家们都认为宇宙的扩张应该是正在减慢的。但也有极少部分人认为，宇宙可能充满着一种神秘的暗藏能量，它是一种负引力，也有人把它叫做第五种基本物质，也就是我们所说的暗物质。若加上暗能量的话，情况就完全不同了。大约在“大爆炸”之后的几十亿年中，暗物质占了总能量密度的主导地位，但是这已成为了过去。现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定，它目前正使宇宙加速膨胀，而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态，否则这种加速膨胀的态势将持续下去，宇宙也会一直膨胀直至毁灭。

而宇宙中最重要的暗物质就是黑洞。如果一个天体质量足够大、体积足够小，那么它的引力就会大得连光都逃不出去。这种天体就是黑洞。黑洞这个概念刚一提出，曾被人们称作痴人说梦，但科学家的研究日益证明这种天体的确存在。一些科学家因研究黑洞而出了名，其中最有名的要数英国科学家霍金了。

近年来，科学家又发现了黑洞的许多新的怪脾气。科学家们对大小不同的黑洞作了比较研究，虽然它们大小各异、质量也相差甚远，但在吸收周围气体，同时放射出X射线的过程中，却有着相同的波动规律，如同快慢不同但演唱音调相同的“同一首歌”。科学家说，这一发现可帮助天文学家对黑洞的X射线“曲调”进行分析并推算黑洞的质量等特性。

宇宙中的黑洞

黑洞也会“因噎废食”是科学家发现黑洞的另一个怪脾气。如果“喂”给的物质过多、过快，黑洞有可能会“因噎废食”。这意味着，引力强大无比的黑洞，可能并非拥有所假设的吞噬一切的“胃口”。通过模拟实验发现，物质环在落入黑洞的过程中，先被黑洞吞下的部分还会不断被吐出来，最终使得只有很小一部分物质真正进入黑洞。

若两个黑洞相遇会出现什么情景呢？经过模拟实验，科学家们发现，两个黑洞碰撞后形成新黑洞，会释放出极大的能量。质量分别为太阳15倍和10倍的两个黑洞相撞时，释放出的能量将比太阳过去50亿年来产生的能量总和还要多出数千倍。而后的探测结果也表明这个结论是比较合理的。

宇宙空间中的黑洞到底有多少呢？也许不多，但科学家发现，在宇宙尺度上黑洞几乎“无所不在”，仅在我们生活的银河系就有不少，仅银河系中心就存在24个黑洞，其质量分别相当于太阳的3200到125万倍不等。

不过，尽管黑洞很多，但黑洞的大小却呈现出两个极端的分布，大的很大，小的很小，缺乏中间过渡层次。大的是超巨黑洞，多存在于星系的中心，质量达到太阳的数百万甚至数十亿倍。小的黑洞，其质量与太阳基本处于一个数量级，据推测主要是由质量相当于太阳10倍左右的恒星发生超新星爆炸后形成的。

同时，还存在有一个怪异的现象，那就是：时间和空间在黑洞中消失，这就意味着通过黑洞有可能将我们现在的时间和空间连接到另外一个时间和空间，时间旅行则有可能实现。若按照霍金等人的假说，宇宙不是时空4维而是11维，那么，黑洞有可能是通往其他7维的通道。

宇宙在暗物质的作用下不断地膨胀，而暗物质黑洞又为我们留下很多谜，这些都很值得我们进一步探索。

相互吞噬的黑洞