【黑洞的產(chǎn)生】 黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的
產(chǎn)生過程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮,發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過程立即停止,被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星球。但在黑洞情況下,由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進(jìn)行下去,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去,黑洞就變得像真空吸塵器一樣.
亦可以簡單理解:通常恒星的最初只含氫元素,恒星內(nèi)部的氫原子時(shí)刻相互碰撞,發(fā)生裂變、聚變。由于恒星質(zhì)量很大,裂變與聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬有引力抗衡,以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于裂變與聚變,氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)最終發(fā)生改變,破裂并組成新的元素——氦元素。接著,氦原子也參與裂變與聚變,改變結(jié)構(gòu),生成鋰元素。如此類推,按照元素周期表的順序,會(huì)依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至鐵元素生成,該恒星便會(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定不能參與裂變或聚變,而鐵元素存在于恒星內(nèi)部,導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬有引力抗衡,從而引發(fā)恒星坍塌,最終形成黑洞。
跟白矮星和中子星一樣,黑洞很
可能也是由質(zhì)量大于太陽質(zhì)量20倍的恒星演化而來的。
當(dāng)一顆恒星衰老時(shí),它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫),由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直到最后形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。
質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星,質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算,中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽的質(zhì)量。如果超過了這個(gè)值,那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了,從而引發(fā)另一次大坍縮。
這次,根據(jù)科學(xué)家的猜想,物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍,直至成為一個(gè)體積很小、密度趨向很大。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑),正象我們上面介紹的那樣,巨大的引力就使得即使光也無法向外射出,從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。
根據(jù)科學(xué)家計(jì)算,一個(gè)物體要有每秒種7.9公里的速度,就可以不被地球的引力拉回到地面,而在空中饒著地球轉(zhuǎn)圈子了.這個(gè)速度,叫第一宇宙速度.如果要想完全擺脫地球引力的束縛,到別的行星上去,至少要有11.2km/s的速度,這個(gè)速度,叫第二宇宙速度.也可以叫逃脫速度.這個(gè)結(jié)果是按照地球的質(zhì)量和半徑的大小算出來的.就是說,一個(gè)物體要從地面上逃脫出去,起碼要有這么大的速度??墒菍?duì)于別的天體來說,從它們的表面上逃脫出去所需要的速度就不一定也是這么大了。一個(gè)天體的質(zhì)量越是大,半徑越是小,要擺脫它的引力就越困難,從它上面逃脫所需要的速度也就越大.
按照這個(gè)道理,我們就可以這樣來想:可能有這么一種天體,它的質(zhì)量很大,而半徑又很小,使得從它上面逃脫的速度達(dá)到了光的速度那么大。也就是說,這個(gè)天體的引力強(qiáng)極了,連每秒鐘三十萬公里的光都被它的引力拉住,跑不出來了。既然這個(gè)天體的光跑不出來,我們?nèi)徽劸涂床灰娝?所以它就是黑的了。光是宇宙中跑得最快的,任何物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度都不可能超過光速.既然光不能從這種天體上跑出來,當(dāng)然任何別的物質(zhì)也就休想跑出來.一切東西只要被吸了進(jìn)去,就不能再出來,就象掉進(jìn)了無底洞,這樣一種天體,人們就把它叫做黑洞.
我們知道,太陽現(xiàn)在的半徑是七十萬公里。假如它變成一個(gè)黑洞,半徑就的大大縮小.縮到多少?只能有三公里.地球就更可憐了,它現(xiàn)在半徑是六千多公里.假如變成黑洞,半徑就的縮小到只有幾毫米.那里會(huì)有這么大的壓縮機(jī),能把太陽地球縮小的這么!這簡直象《
天方夜譚》里的神話故事,黑洞這東西實(shí)在太離奇古怪了。但是,上面說的這些可不是憑空想象出來的,而是根據(jù)嚴(yán)格的科學(xué)理論的出來的.原來,黑洞也是由晚年的恒星變成的,象質(zhì)量比較小的恒星,到了晚年,會(huì)變成白矮星;質(zhì)量比較大的會(huì)形成中子星.現(xiàn)在我們?cè)偌右痪?質(zhì)量更大的恒星,到了晚年,最后就會(huì)變成黑洞.所以,總結(jié)起來說,白矮星中子星和黑洞,就是晚年恒星的三種變化結(jié)果.
現(xiàn)在,白矮星已經(jīng)找到了,中子星也找到了,黑洞找到?jīng)]有?也應(yīng)該找到的.主要因?yàn)楹诙词呛诘模业剿鼈儗?shí)在是很困難。特別是那些單個(gè)的黑洞,我們現(xiàn)在簡直毫無辦法。有一種情況下的黑洞比較有希望找到,那就是雙星里的黑洞.
雙星就是兩顆互相饒著轉(zhuǎn)的恒星.雖然我們看不見黑洞,但卻能從那顆看的見的恒星的運(yùn)動(dòng)路線分析出來.這是什么道理呢?因?yàn)?雙星中的每一個(gè)星都是沿著橢圓形路線運(yùn)動(dòng)的,而單顆的恒星不是這樣運(yùn)動(dòng)。如果我們看到天空中有顆恒星在沿橢圓形路線運(yùn)動(dòng),卻看不到它的'同伴',那就值得仔細(xì)研究了。我們可以把那顆星走的橢圓的大小,走完一圈用的時(shí)間,都測(cè)量出來.有了這些,就可以算出來那個(gè)看不見的'同伴'的質(zhì)量有多大。如果算出來質(zhì)量很大,超過中子星能有的質(zhì)量,那就可以進(jìn)一步證明它是個(gè)黑洞了。
在天鵝星座,有一對(duì)雙星,名叫天鵝座X-1.這對(duì)雙星中,一顆是看的見的亮星,另一顆卻看不見.根據(jù)那可亮星的運(yùn)動(dòng)路線.可以算出來它的'同伴'的質(zhì)量很大,至少有太陽質(zhì)量的五倍.這么大的質(zhì)量是任何中子星都不可能有的.當(dāng)然,除這些以外還有別的證據(jù)。所以,基本上可以肯定,天鵝座X-1中那個(gè)看不見的天體就是一個(gè)黑洞.這是人類找到的第一個(gè)黑洞。
另外,還發(fā)現(xiàn)有幾對(duì)雙星的特征也跟天鵝座X-1很相似,它們里面也有可能有黑洞。科學(xué)家正對(duì)它們作進(jìn)一步的研究. “黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”,其實(shí)不然。所謂“黑洞”,就是這樣一種天體:它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng),就連光也不能逃脫出來。
【黑洞與蟲洞】 據(jù)最新的研究聲稱,科學(xué)家認(rèn)為黑洞可能是通往其他宇宙的蟲洞。如果這一理論是正確的,將會(huì)有助于解釋例如黑洞信息悖論等量子難題,不過批評(píng)家指出這也會(huì)產(chǎn)生新的問題,例如蟲洞是怎么形成的等等。
黑洞是一種擁有強(qiáng)大引力的物體,任何物體——即便是光——在進(jìn)入其事件邊界之后都不能逃逸出來。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論,黑洞可以由任何物質(zhì)形成,只要能夠坍縮到足夠小的空間內(nèi)。
盡管黑洞不能被直接看到,天文學(xué)家還是通過觀察周圍物質(zhì)的環(huán)繞情況,推斷出一些黑洞的位置。
不過來自
巴黎Bures-sur-Yvette地區(qū)法國高等科學(xué)研究所(Institut des Hautes Etudes Scientifiques)的物理學(xué)家Thibault Damour和來自德國Bremen國際大學(xué)的Sergey Solodukhin提出一個(gè)新的觀點(diǎn),即這些所謂的黑洞其實(shí)就是蟲洞。
蟲洞是連接時(shí)空架構(gòu)中兩個(gè)不同地方的彎曲通道。如果你把宇宙想象為一個(gè)
二維的紙張,蟲洞就是連接這張紙片和另一張紙片的小通道。實(shí)際上這一理論認(rèn)為,蟲洞;連向的是一個(gè)擁有自己星星、星系等的另一個(gè)宇宙。
引起空間扭曲的小球在我們?nèi)S世界的例子就是黑洞。黑洞事實(shí)上是存在于
四維空間的一種現(xiàn)象,或者說,黑洞是連接三維世界與四維空間的通道(當(dāng)然在下絕不是說“如果誰要去四維空間,就請(qǐng)往黑洞走”,那樣只會(huì)“死無全尸”而已)。我們有可能通過對(duì)黑洞的深入研究,找到克服四維空間的辦法,那樣的話,
瓦普跳躍飛行就不再是夢(mèng)想了。
現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)證實(shí),黑洞的存在確實(shí)會(huì)令周圍的空間極度扭曲。根據(jù)廣義相對(duì)論,光線在正常的空間里以直線傳播,但當(dāng)空間扭曲時(shí),光線會(huì)隨著空間扭曲的方向而扭曲。如果能給一束射進(jìn)黑洞的光線拍照的話,我們就會(huì)發(fā)現(xiàn),光線呈螺旋形指向黑洞中心,因?yàn)楹诙吹木薮筚|(zhì)量已使周圍的空間扭曲得不成形了。