第14章 掉進黑洞還能出來嗎
- 令孩子驚奇的122個科學發現和科學知識
- 陳池
- 1767字
- 2015-04-19 21:58:53
“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”,其實不是那樣的。“黑洞”其實是一種天體。它的引力場非常非常的強,就連光也不能逃脫出來,它能把任何東西物質都吸附進去。
黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢?答案就是——彎曲的空間。我們都知道,光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論,空間會在引力場作用下彎曲。這時候,光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播,但走的已經不是直線,而是曲線。當恒星的體積很大時,它的引力場對時空幾乎沒什么影響,從恒星表面上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出;而恒星的半徑越小,它對周圍的時空彎曲作用就越大,朝某些角度發出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。
等恒星的半徑小到一定的特定值時,就連它垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時,恒星就變成了黑洞。說它“黑”,是指它就像宇宙中的無底洞,一般都認為,任何物質一旦掉進去,“似乎”就再不能逃出了。在地球上,由于引力場作用很小,這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍,空間的這種變形非常大。而被黑洞擋著的恒星發出的光,雖然有一部分會落入黑洞中消失,可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。
一直以來,科學家們都知道,黑洞是靠狂吞周圍星體的物質來不斷膨脹。但它是如何吞噬、又如何消化這些物質的,一直是個謎。直到最近科學家才通過叫“錢卓拉X射線”望遠鏡在我們宇宙星系中發現了一個黑洞,便科學分析了黑洞周圍氣體所散發的X射線,從而揭開了宇宙的一大謎團——黑洞吞吐之謎:那就是“吞”下去的,最終必然會“吐”出來。
一個叫米勒的科學家研究發現,這個黑洞體系靠強大的磁場引力而不是重力來不斷吸收周圍星體的物質(氣體與灰塵)進入自己的大肚子圓盤里。在它吞的過程中,這些物質開始脫離原本的運行方向并向黑洞偏離,也就是說,黑洞可以由此源源不斷地吸收物質和能量。被改變方向的氣體使黑洞周圍逐漸形成一個個越來越大、被稱作“加速區”的圓環,就像土星環一樣。在“加速區”里,大量熾熱氣體繞著黑洞旋轉。所以,因此形成的磁場幫助黑洞施展了“吸心大法”。
隨著物質越吸越多,黑洞必須分流吞進肚子里的物質,以便為持續涌進的物質能量提供空間。打個比方說,就像一個巨大的水車,為了保持旋轉,它必須在裝入水的同時釋放出等量的水。黑洞也是如此,它必須在吸收物質的同時釋放出相應的能量。
科學家米勒發現,當黑洞里的圓盤被這些物質的摩擦力所壓縮時,就會使圓盤加熱,并釋放X射線。不過,天文學家很久以來都知道僅僅靠摩擦力是不足以讓氣體脫離黑洞的。在氣體能螺旋進入黑洞前,氣體必須釋放其軌道角動能,才能“逃離”黑洞,否則只會留在圍繞黑洞的軌道上運動。
事實上,除了摩擦力外,磁場風也能幫助黑洞釋放物質能量。米勒科學小組發現,旋轉的磁場風在“加速區”中可達到每秒500千米的高速度,部分物質能量因此被它“驅趕”回宇宙空間。最終,研究小組認為,分子摩擦和磁場風使吸入黑洞的物質能量和被釋放的物質能量得以平衡。
我們知道黑洞因為不能反射光,所以肉眼看不見。在我們的腦海中,黑洞可能是遙遠而又漆黑的。但英國著名物理學家霍金認為,黑洞并不如大多數人想象中那樣黑。通過科學家的觀測,黑洞周圍存在輻射,而且很可能來自于黑洞,也就是說,黑洞可能并沒有想象中那樣黑。
同時,霍金指出黑洞的放射性物質來源是一種實粒子,這些粒子在太空中成對產生,不遵從通常的物理定律。而且這些粒子發生碰撞后,有的就會消失在茫茫太空中。甚至直到這些粒子消失,我們都未曾有機會看到它們。
霍金還指出,在黑洞產生的同時,實粒子就會相應成對出現。其中一個實粒子會被吸進黑洞中,另一個則會逃逸,一束逃逸的實粒子看起來就像光子一樣。對觀察者而言,看到逃逸的實粒子就感覺是看到來自黑洞中的射線一樣。
根據愛因斯坦的能量與質量守恒定律。當物體失去能量時,同時也會失去質量。黑洞同樣遵從能量與質量守恒定律,當黑洞失去能量時,黑洞也就不存在了。霍金預言,黑洞消失的一瞬間會產生劇烈的爆炸,釋放出的能量相當于數百萬顆氫彈的能量。
但你不要滿懷期望地抬起頭,以為會看到一場煙花表演。事實上,黑洞爆炸后,釋放的能量非常大,因此產生的放射物很有可能對身體是有害的。而且,能量釋放的時間也非常長,有的會超過100~200億年,比我們宇宙的歷史還長;而徹底散盡能量則需要數萬億年的時間。