Question

黑洞！黑洞

Answer 1

为了研究太空中看不见的光线，美国宇航局研制发射了高能的天文观察系统。在其发回的X射线宇宙照片中，天文学家发现了最惊人的一幕：那些人们认为已经毁灭了的星球依然放射出比太阳这样的恒星体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”

什么是黑洞呢？要解释这个问题，我们要先从万有引力谈起。

牛顿的万有引力定律认为地球和宇宙间的一切天体，都具有强大的互相吸引力，他们能牢牢的吸住附近的一切物体。比如地球的引力吸引着地表的物质使之不能随意的飞离地球：人们想要把人造卫星送上围绕地球运行的轨道，至少便是发射的火箭有每秒钟8千米的速度。如若不然，因为地球的引力，人造卫星就会被拉回地面，我们称这个速度为第一宇宙速度；如果我们要把一只飞船送到火箭上去，那么，发射的火箭就必须要把速度提升到每秒钟11千米，这个速度叫做第二宇宙速度，又被称天体的表面脱离速度。不同天体的表面脱离的速度也不同，这与质量关系密切。比如说，月球的质量比地球小，表面脱离速度就比地球的表面脱离速度小很多；而太阳的质量比地球大许多倍，表面脱离速度就会相应大许多。

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眼泪如此之大的天体。他认为“宇宙中最亮的天体，很可能我们根本就看不到它”。他大胆的假设说，如果有一个天体的密度或质量很大，达到了一个限度，这时他很可能是不可见的。因为光速也低于它的表面脱离速度，也就是说光无法离开它而最终达到我们这里。他的预测其实就是一种早期的黑洞理论。

近代以来，爱因斯坦发表了广义相对论，越来越多的自然科学家从牛顿力学和广义相对论出发，得出了类似结论，纷纷预言“黑洞”的存在。依据牛顿的万有引力理论，科学家得出，一个球形的天体，一旦它的质量超过太阳的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了一个可能具备无穷大引力的天体半径。他进一步阐述说，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，任何物质都不能从他那儿逃离出来，只能被它吸引进去。即便光线速度极快，也“难逃噩运”。这个有能力把一切吸引住的地方，人们无法看到，因此称之为黑洞。

当科学家们更加准确的定义了黑洞，他们认为黑洞是广义相对论能够预言的一种特殊天体。这种天气具有一个封闭的边界称为“视界”这是它最基本的特征。视界的封闭也是相对而言的，外界的物质和辐射可能进入视界，而视界内的一切都无法逃逸到外面去。更简单的说，黑洞不向外界发射和反射任何光线，人们就没有办法“看到”它，这就是黑洞之所以“黑”的原因，是个真正填不饱的“无底洞”，有人想象把它叫“星坟”。

人们已经不再质疑是否有黑洞，那么黑洞里面的情况如何呢？由于目前对黑洞还没有直接的观测依据，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宇宙飞船向黑洞飞去，他最先感到的是巨大的吸引力。他要是从窗口望去，就会看到一个平底锅似的圆盘在周围星光的衬托下非常显眼。走的越近，远方似乎有“地平线”发出X射线，那似乎不见底的黑洞便是这“地平线”包围着。光线在黑洞附近变形，成为一个光环。宇航员在这时要返航，已经不可能的了，双脚感受到的巨大引力，使得他向黑洞中心飞去。他如同坐在刑具台上，头和脚之前出现巨大的眼泪差，这巨大的引力差早在“地平线”4800千米之外的地方就把他撕碎了。

科学家一直在寻找能说明黑洞存在的证据。黑洞本身是不能被直接观测到的，但它有相当大的引力场，这就会影响附近天体的运动。如果有物质落下黑洞，当他接近但没有到达视界时，就会围绕着黑洞周围做高速运转运，运动轨迹呈盘状或喇叭状，而且这些物质在高速旋转时会因摩擦而产生高温，同时释放出强大的高能X射线。所以这类高能辐射也成为科学家们寻找黑洞的重要线索。根据这一点，天文学家开始在浩瀚的宇宙中细细搜寻。终于人们发现在天鹅座附近有特别的强X射线源，这就是著名的“天鹅x－－1射线源”，有一颗比太阳大20倍亮星和他互相围绕着旋转。估计这个X射线源便是一个核心，很有可能有一个质量巨大的黑洞，而它竟有90亿倍太阳的质量

从这些结果出发，科学家们大胆的做了更深的设想。他们认为，在整个宇宙中，普遍存在着黑洞，而且组成宇宙的主要天体很有可能就是黑洞。他们还进一步预言，在银河系中心，很有可能存在着一个质量相当于500万个太阳质量的巨大黑洞。正是由于巨大的引力，才将成千上万颗恒星吸引住，这些恒星和气体的运行速度极快，而且都围绕着银河系中心旋转，成为一个十分巨大的集合体，银河系由此形成。

那么，什么原因导致宇宙中的黑洞形成呢？有人认为，恒星到了它的晚年，耗尽全部的核燃料，由于自身引力发生坍缩。如果坍缩物质的质量比太阳的质量大3倍，那么最终坍缩的产物就是黑洞。此类黑洞的质量一般不会很大，不超过太阳质量的50倍。另外还有人认为由于在星系或球状星团的中心部分密集分布了很多恒星，以至于星与星之间极容易发生大规模碰撞，导致超大质量天体的坍缩，质量超过太阳1亿倍的黑洞就这样形成了。还有一种说法认为，也许是在宇宙大爆炸时，产生了极为强大的力量，一些物质对如此强的力量气压的非常紧密，于是产生了“原生黑洞”。

一旦证实了黑洞的普遍存在，那么宇宙不断神秘如同我们的想象，甚至神秘得超乎我们的想象。我们知道宇宙仍处于不断膨胀之中，这是宇宙大爆炸的结果，爆炸中心的宇宙核仍是一切物质的来源。宇宙是否会在宇宙核的物质变得很稀薄时停止膨胀？是否会因为个天体的自身经历而导致收缩？相对论的回答是肯定的，黑洞的存在部分地证明了相对论的判断。也许宇宙不会消失在黑洞中，那么很有可能会消失在几百万个黑洞中。因此，彻底地解开黑洞之谜，还关系着人类对于宇宙归宿的追问。