黑洞里面是什么?
为了研究太空中看不见的光线,美国宇航局研制出可以发射高能的天文观察系统。在其发回的X射线宇宙照片当中,天文学家发现了让人吃惊的一幕:那些人们认为已经湮灭了的星体依然放射出比太阳更为强烈的宇宙射线。这证明了长久以来人们的一个大胆设想:宇宙中确实存在着看不见的“黑洞”。
牛顿的万有引力定律认为,地球和宇宙间的一切天体,都具有强大的相互吸引力,它们能牢牢地吸引附近的一切物体。比如地球的引力吸引着地表的物质使之不能随意地飞离地球;人类如果想把人造卫星送上围绕地球运行的轨道,至少要使发射火箭达到8千米每秒的速度。要不然,因为地球的引力,人造卫星就会被拉回地面了,这个8千米每秒的速度又称为第一宇宙速度。
然后,我们也可以很容易推出,宇宙飞船如果想要脱离地球轨道就得有11千米每秒的速度。那么,人们就推想了:有没有可能在宇宙中有这样一些天体,它们的表面脱离速度能超过30万千米每秒,比光速还要快?
1798年,法国天文学家拉普拉斯从牛顿力学出发,预言了宇宙中可能存在引力如此之大的大天体。他认为“宇宙中最明亮的天体,很可能我们根本就看不见它”。他大胆地假设说,如果有一个天体的密度或质量很大,达到了一个限度,这时它很可能是不可见的。拉普拉斯的假说其实就是早期的黑洞理论了。
近代,随着爱因斯坦发表的广义相对论,科学家们从牛顿力学和广义相对论出发,得出了跟拉普拉斯的假说一样的结论,就是黑洞的存在。依据牛顿的万有引力理论,科学家得出,一个球形的天,一旦它的质量超过太阳质量的2倍,就可能引发“引力崩溃”。也就是说,它可能会向自己的中心引力坍缩,成为一个体积无限小、质量无限大的质点。依据爱因斯坦的广义相对论,德国科学家史瓦西计算出一个可能具备了无穷大吸引力的天体半径。他进一步阐述,一个天体一旦半径达到了这个大小,就很可能有无限大的引力,任何物质都不能从它那儿逃脱出来,只能被它吸引进去。即便光线速度极快,也逃不出来。这个有能力把一切吸引进去的地方,人们无法看到它,因而称之为黑洞。
这样,黑洞理论就基本形成了。后来科学家们更进一步推算黑洞的边界即视界是封闭的,但是这个边界的封闭也是相对的,就是物质只能进不能出。
黑洞的存在理论上已经证明了。那黑洞的内部情况是如何的呢?由于目前对黑洞还没有直接的观测数据,科学家们只能从理论上推测。假如有一位无畏的科学家驾驶飞船向黑洞飞去,他最先感到的是巨大的吸引力。他要是从窗口望出去,就会看到一个平底锅似的圆盘在周围星光衬托下很显眼。走得更近,远方似乎有“地平线”,发出X射线,那似乎深不见底的黑洞便是被这“地平线”包围着。光线在黑洞附近变形,成为一个光环。宇航员这时要返航已是不可能的了,双脚受到的巨大引力使得他向黑洞中心飞去。他如同坐在刑台上,头和脚之间出现巨大的引力差,这巨大的引力差早在距“地平线”4800千米之外的地方就把他撕碎了。
所谓“黑洞”(Black Hole),是质量极大的恒星在核融合反应的燃料耗尽后,发生重力塌缩后形成的。由于它的重力场极强,一般相信任何物质,甚至是光,都不能 “逃出来”。目前可以确定即便直接观测到黑洞,看到的也只是黑洞视界外的景象,视界是黑洞可视与不可视的范围分界,而黑洞的本体可能只是黑洞中央的一个小点。
质量是成为黑洞的前提,但像很多大质量恒星,内部剧烈的核聚变可以抵挡物质的收缩,在核聚变能量释放到一定程度后,再也没有力量可以阻挡物质在引力作用下的收缩,而根据光速可以计算出黑洞视界的半径,即史瓦西半径,一旦物质收缩超过这个限度,黑洞内部的光也无法逸出,出现了事件视界,视界只是区分黑洞可视与不可视部分,黑洞的本体天体是什么样的,不进入黑洞或许永远无法知道。
科学家集中全世界一部分射电望远镜信号,相当于组成了一台超大型的望远镜,已经获得了黑洞视界外的景象,可以看出是物质被黑洞吞噬时由于引力的压缩释放出大量能量,但还不太够,观测到的还比较有限。而视界内是什么样,以现在的观测技术还无法得到足够信息,只能通过目前的科学理论去推测。不过一些科学家认为,虽然黑洞的引力很大,接近黑洞的物体会被“拉长”,但或许还是有可能穿越视界的,只不过以目前的航天技术不可能飞到一个黑洞边缘观测。
黑洞里边将是物质和能量异常剧烈活跃的场所,也可能没有了目前人类所知的物质形态,现有的一些物理理论或许也难以解释,不管黑洞本体和视界之间的距离有多远。
关于黑洞里面有什么物理学界有两种假说:一是史瓦西提出的白洞理论,认为白洞是黑洞的对立面,连接黑洞和白洞的就是虫洞;二是霍夫特的全息宇宙模型,认为黑洞吸收的一切都被重新编码在黑洞的视界上,所以黑洞里面的一切都是这个二维平面的投影。
黑洞里面究竟是什么?