黑洞！黑洞！

為了研究太空中看不見(jiàn)的光線，美國(guó)宇航局研制發(fā)射了高能的天文觀察系統(tǒng)。在其發(fā)回的X射線宇宙照片中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了最驚人的一幕：那些人們認(rèn)為已經(jīng)湮滅了的星體依然放射出比太陽(yáng)這樣的恒星體更為強(qiáng)烈的宇宙射線。這證明了長(zhǎng)久以來(lái)人們的一個(gè)大膽設(shè)想：宇宙中確實(shí)存在著看不見(jiàn)的“黑洞”。

什么是黑洞呢？要解釋這個(gè)問(wèn)題，我們要先從萬(wàn)有引力談起。

牛頓的萬(wàn)有引力定律認(rèn)為，地球和宇宙間的一切天體，都具有強(qiáng)大的相互吸引力，它們能牢牢地吸引住附近的一切物體。比如地球的引力吸引著地表的物質(zhì)使之不能隨意地飛離地球；人們想要把人造衛(wèi)星送上圍繞地球運(yùn)行的軌道，至少要使發(fā)射的火箭有每秒鐘8千米的速度。如若不然，因?yàn)榈厍虻囊Γ嗽煨l(wèi)星就會(huì)被拉回地面，我們稱這個(gè)速度為第一宇宙速度；如果我們要把一只飛船送到火星上去，也就是說(shuō)要讓飛船擺脫地球引力的控制，那么發(fā)射的火箭就要把速度提到每秒鐘11千米，這個(gè)速度叫作第二宇宙速度，又被稱為天體的表面脫離速度。不同天體的表面脫離速度也不同，這與質(zhì)量關(guān)系密切。比如說(shuō)，月球的質(zhì)量比地球小，表面脫離速度就比地球的表面脫離速度小很多；而太陽(yáng)的質(zhì)量比地球大許多倍，表面脫離速度就會(huì)相應(yīng)大許多。

那么，人們不禁又要問(wèn)：有沒(méi)有可能在宇宙中有這樣一些天體，它們的表面脫離速度能超過(guò)每秒30萬(wàn)千米，比光速還要大？由于它自己的引力如此之大，以至于連它所發(fā)射的光都跑不出來(lái)？

1798年，法國(guó)天文學(xué)家拉普拉斯從牛頓力學(xué)出發(fā)，預(yù)言了宇宙中可能存在引力如此之大的大天體。他認(rèn)為“宇宙中最明亮的天體，很可能我們根本就看不到它”。他大膽地假設(shè)說(shuō)，如果有一個(gè)天體的密度或質(zhì)量很大，達(dá)到了一個(gè)限度，這時(shí)它很可能是不可見(jiàn)的。因?yàn)楣馑僖驳陀谒谋砻婷撾x速度，也就是說(shuō)光無(wú)法離開(kāi)它而最終到達(dá)我們這里。他的預(yù)測(cè)其實(shí)就是一種早期的黑洞理論。

近代以來(lái)，愛(ài)因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論，越來(lái)越多的自然科學(xué)家從牛頓力學(xué)和廣義相對(duì)論出發(fā)，得出了類似結(jié)論，紛紛預(yù)言“黑洞”的存在。依據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力理論，科學(xué)家得出，一個(gè)球形的天體，一旦它的質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的2倍，就可能引發(fā)“引力崩潰”。也就是說(shuō)，它可能會(huì)向自己的中心引力坍縮，成為一個(gè)體積無(wú)限小、質(zhì)量無(wú)限大的質(zhì)點(diǎn)。依據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，德國(guó)科學(xué)家史瓦西計(jì)算出了一個(gè)可能具備無(wú)窮大引力的天體半徑。他進(jìn)一步闡述說(shuō)，一個(gè)天體一旦半徑達(dá)到了這個(gè)大小，就很可能有無(wú)限大的引力，任何物質(zhì)都不能從它那兒逃脫出來(lái)，只能被它吸引進(jìn)去。即便光線速度極快，也“難逃噩運(yùn)”。這個(gè)有能力把一切吸引住的地方，人們無(wú)法看到它，因而稱之為黑洞。

當(dāng)今科學(xué)家們更加確切地定義了黑洞，他們認(rèn)為黑洞是廣義相對(duì)論能夠預(yù)言的一種特殊天體。這種天體具有一個(gè)封閉的邊界稱為“視界”，這是它最基本的特征。視界的封閉也是相對(duì)而言的，外界的物質(zhì)和輻射可以進(jìn)入視界，而視界內(nèi)的一切都無(wú)法逃逸到外面去。更簡(jiǎn)單地說(shuō)，黑洞不向外界發(fā)射和反射任何光線，人們就沒(méi)辦法“看到”它，這就是黑洞之所以“黑”的原因；同時(shí)任何東西一旦進(jìn)入其中，就再也出不來(lái)了。黑洞似乎永遠(yuǎn)都處于饑餓的狀態(tài)，是個(gè)填不飽的“無(wú)底洞”，有人形象地把它叫作“星墳”。

人們已不再質(zhì)疑是否有黑洞，那么黑洞里面的情況如何呢？由于目前對(duì)黑洞還沒(méi)有直接的觀測(cè)依據(jù)，科學(xué)家們只能從理論上推測(cè)。假如有一位無(wú)畏的科學(xué)家駕駛飛船向黑洞飛去，他最先感到的是巨大的吸引力。他要是從窗口望出去，就會(huì)看到一個(gè)平底鍋似的圓盤在周圍星光襯托下很顯眼。走得更近，遠(yuǎn)方似乎有“地平線”，發(fā)出X射線，那似乎深不見(jiàn)底的黑洞便是被這“地平線”包圍著。光線在黑洞附近變形，成為一個(gè)光環(huán)。宇航員這時(shí)要返航已是不可能的了，雙腳受到的巨大引力使得他向黑洞中心飛去。他如同坐在刑具臺(tái)上，頭和腳之間出現(xiàn)巨大的引力差，這巨大的引力差早在距“地平線”4800千米之外的地方就把他撕碎了。

科學(xué)家一直在尋找能說(shuō)明黑洞存在的證據(jù)。黑洞本身是不能被直接觀測(cè)到的，但它有相當(dāng)大的引力場(chǎng)，這就會(huì)影響附近天體的運(yùn)動(dòng)。于是人們找到了間接觀測(cè)黑洞的方法，那就是由附近天體的運(yùn)動(dòng)來(lái)推測(cè)黑洞的存在。如果有物質(zhì)落向黑洞，當(dāng)它接近但還沒(méi)有到達(dá)視界時(shí)，就會(huì)圍繞著黑洞外圍做高速旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡呈盤狀或喇叭狀，而且這些物質(zhì)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因摩擦而產(chǎn)生高溫，同時(shí)釋放出強(qiáng)大的高能X射線。人們用儀器是可以探測(cè)到X射線的，所以這類高能輻射也成為科學(xué)家們尋找黑洞的重要線索。根據(jù)這一點(diǎn)，天文學(xué)家開(kāi)始在浩瀚的宇宙中細(xì)細(xì)搜尋。終于人們發(fā)現(xiàn)在天鵝座附近有奇特的強(qiáng)X射線源，這就是著名的“天鵝X-1射線源”，有一顆比太陽(yáng)大20倍的亮星和它相互圍繞著旋轉(zhuǎn)。估計(jì)這個(gè)X射電源便是一個(gè)黑洞，而且這個(gè)黑洞大概擁有8倍太陽(yáng)的質(zhì)量。人們還估計(jì)，在一個(gè)名叫M87的橢圓星系的核心，很可能有一個(gè)質(zhì)量巨大的黑洞，而它竟有90億倍太陽(yáng)的質(zhì)量。

從這些結(jié)果出發(fā)，科學(xué)家們大膽地做了更深一步的設(shè)想。他們認(rèn)為，在整個(gè)宇宙中，普遍存在著黑洞，而且組成宇宙的主要天體很有可能就是黑洞。他們還進(jìn)一步預(yù)言，在銀河系中心，很可能也存在著一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于500萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的巨大黑洞。正是由于它巨大的引力，才將成千上萬(wàn)顆恒星吸引住，這些恒星和氣體的運(yùn)行速度極快，而且都圍繞著銀河系中心旋轉(zhuǎn)，成為一個(gè)十分巨大的集合體，銀河系由此而成。

那么，什么原因?qū)е掠钪嬷泻诙吹男纬赡兀坑腥苏J(rèn)為，恒星到了它的晚年，耗盡全部的核燃料，由于自身引力發(fā)生坍縮。如果坍縮物質(zhì)的質(zhì)量比太陽(yáng)質(zhì)量大3倍，那么最終的坍縮產(chǎn)物就是黑洞。此類黑洞的質(zhì)量一般不會(huì)很大，不超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的50倍。另外有人還認(rèn)為由于在星系或球狀星團(tuán)的中心部分密集分布了很多恒星，以至于星與星之間極易發(fā)生大規(guī)模的碰撞，導(dǎo)致超大質(zhì)量天體的坍縮，質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)1億倍的黑洞就這樣形成了。還有一種說(shuō)法認(rèn)為，也許是在宇宙大爆炸時(shí)，產(chǎn)生了極為強(qiáng)大的力量，一些物質(zhì)被如此強(qiáng)的力量擠壓得非常緊密，于是產(chǎn)生了“原生黑洞”。

一旦證實(shí)了黑洞的普遍存在，那么宇宙不但神秘如同我們的想象，甚至神秘得超乎我們的想象。我們知道宇宙仍處于不斷的擴(kuò)張中，這是宇宙大爆炸的結(jié)果，爆炸中心的宇宙核仍是一切物質(zhì)的來(lái)源。宇宙是否會(huì)在宇宙核的物質(zhì)變得很稀薄時(shí)停止擴(kuò)張？是否會(huì)因?yàn)楦魈祗w的自身引力而導(dǎo)致收縮？相對(duì)論的回答是肯定的，黑洞的存在部分地證實(shí)了相對(duì)論的判斷。也許宇宙不會(huì)消失在一個(gè)黑洞中，那么很可能會(huì)消失在幾百萬(wàn)個(gè)黑洞中。因此，徹底地揭開(kāi)黑洞之謎，還關(guān)系著人類對(duì)于宇宙歸宿的追問(wèn)。