03.14 黑洞的中心會發生什麼,就像大爆炸之前會發生什麼一樣,無法回答

黑洞的死亡舞蹈

黑洞是宇宙中最奇怪、最神秘的物體。它們像宇宙中的吸塵器,吞沒靠近它們的任何東西,甚至是體積是太陽1億倍的星體,黑洞都能吞沒。它們沒有明確的目的,只是在時空中穿梭。宇宙中人類所認知的星體有2000億,天文學家相信在宇宙中有無數個黑洞,通過對它們的研究將揭開宇宙形成的奧秘。

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黑洞如何形成?

繼牛頓之後,一位名叫約翰·米歇爾的英國科學家預測,有一種物體有很強的引力場,以至於連光線都不能夠逃逸。

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對於這一理論,法國數學家及科學家拉普拉斯做了明確的解釋,而最有說服力的是奧本海默和他的同事提出的理論。奧本海默和施奈德合寫了一篇關於星體及星雲裂變的文章。

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那時人們不叫它黑洞,這個名字是後來才有的。這些觀察都證明,黑洞是真實存在的。

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為了瞭解黑洞是如何形成的,首先需要知道宇宙是如何形成的。宇宙大約在200億年~150億年前形成。它始於無限密集且溫度非常高的一個點,科學家稱其為奇點,

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我們所知的自然法則對它完全不適用。它積累了大量的物質,到達一個極點後爆發,科學家稱這種現象為大爆炸。

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大爆炸之後,小的氣體雲再次集中起來,並在引力的影響下組合。因此,就形成像太陽一樣的星體。太陽的歷史大約50億年,它不會永遠存在,再過50億年太陽將會消亡。太陽可以將光和熱量送到3.8億千米之外,這些能量來自核裂變反應,在溫度高達1500℃時,氫轉化成氦。當太陽到了生命盡頭時,它將不能承受內部裂變反應的壓力,熱氣使太陽膨脹並使它爆裂,然後,地球上的所有生命和其他行星將會湮滅。在此過程中,太陽將會變異成一個紅色的巨星。

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當太陽的燃料最終用完後,它可能在自身重心的影響下分裂。許多像太陽一樣的星體壓縮成我們所知的中子星。黑洞源自於中子星,其數量比太陽一樣的恆星多很多倍。

怎樣發現黑洞?

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渴望靠近星體是人類古老的夢。16世紀天文望遠鏡的出現,幫助我們解開了天體之謎。今天的射電望遠鏡使我們能更準確地觀察宇宙。1990年,哈勃太空望遠鏡的發射升空,使我們能夠更深入地觀測宇宙。哈勃太空望遠鏡是以埃德溫·哈勃的名字命名的,他早在1929年就注意到宇宙是持續擴張的。

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天文學家用超級照相機拍攝了6000億個小斑點,通過電腦閱讀、分析,這就是他們如何在銀河系中心發現黑洞的過程。如何拍攝一些事實上看不見的東西呢?天文學家從中心點按某種特定的、不同的間隔來觀察星體,測量它們的確切速度,結果發現和太陽系相似之處在於銀河系中越接近中心,星星移動得就越快。就像太陽系一樣,在中心處有一個堆,它能控制一切。它不是一個太陽堆,而是250萬個太陽堆同在一個非常小的體積裡,中間的白色圓點是星星在黑洞周圍旋轉,這是一種死亡舞蹈,它們不可抗拒地旋入黑洞的中心並被吞沒。

如果一個星體比太陽大很多,那麼這樣一顆星體會在相對短的時間也就是幾百萬年內爆炸;如果一顆星體比太陽大幾百倍,那麼它所剩的只有灰燼。如果這些灰燼有足夠的重量,那就會崩裂形成一個小黑洞。在銀河系中,黑洞之所以出現在中心位置,可能是由於在其巨大引力下將星體拉到中心,形成了非常稠密的星體堆。在某時星體大量滑移,彼此融化,形成一箇中等尺寸的黑洞。它們通過不斷吸入其他物質、星星和氣體,隨著時間的推移,黑洞會越變越大。衛星投入使用後,天文學家及宇宙學家開始揭示黑洞的理論原理,我們也因此瞭解到更多關於宇宙及黑洞的知識。

黑洞內部有什麼?

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黑洞內部有什麼秘密在等待我們去探索呢?所有的物質,無論是灰塵還是行星,都趨向於黑暗,被重心巨大的力量所牽引,潛伏在內部的某個地方,這就是時間與空間分離的地方。

物理學家曾相信只有三維空間,

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即長度的維數、高度的維數及寬度的維數。這三個數字讓我們把一切事物放置在從你的鼻尖到宇宙的盡頭。愛因斯坦引入第四維——時間,就是說宇宙由四維組成。為了理解宇宙的性質,我們不得不特別關注時間的維數。通常我們經歷時間和空間是非常困難的事情。我們已經在太空中認知了三維。通常我們看錶時只是感知時間,但不能影響時間。時間的運動總是在同一個方向上進行——從過去到將來。我們既不能讓時間逆轉,也不能讓其停止,更不能讓其提前。自然科學家把空間和時間用數字的方式描述成一個單元,時空、時間是第四維的。1905年,愛因斯坦創造廣義相對論,

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用來統一時間和空間,用以證明一個運行的時鐘比一個靜止的時鐘走得慢。也就是說,一個移動很快的物體,時間過得比在地球上慢。在飛機上,時間的延伸只是億萬分之一秒,然而,這個時鐘仍然非常精確,足以證明愛因斯坦的理論。

根據愛因斯坦的理論,按軌道環繞地球的飛行員,大約每小時行駛73 000千米,時間過得卻非常慢。因此在廣義相對論裡沒有絕對的時間,愛因斯坦把時間和空間作為動力來理解。因此,時空不是平直的而是捲曲的。為了理解這一理論,我們想象一個空間作為一個有彈性的橡膠布,大量的星體創造了一個槽,就像蹦床上的保齡球一樣。所有的物質都沿最小阻力的曲線軌道而運行,因此物質決定了時空的曲率。同時,時空決定了物質的運行行為。在太陽周圍的區域,重心使時空捲曲。太陽背後的星光沿這個曲率運行並被彎曲。因此,星體的位置對於地球上的觀察者來說有些歪斜。巨大的物質能使時空捲曲,它的功能就像曲光鏡。

黑洞的奇點符合大爆炸的奇點。宇宙的密度及時空的曲率在這裡是無限的。

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我們不能處理無限的數字,所以奇點是抽象的點,沒有人會到達那裡。黑洞的中心會發生什麼,就像大爆炸之前會發生什麼一樣,這個問題目前無法回答,但黑洞給我們提供了發揮奇異思考的空間。

宇宙會被吞沒嗎?

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黑洞能吸進整個宇宙嗎?原則上可以,但是別忘了我們的宇宙正在飛速地擴張。科學家發現其他河外星系都在移動,而且越移越快。如上所述,在銀河系中心有一個大的黑洞,這個黑洞沒有足夠大的能量來停止擴張,宇宙本身也沒有足夠大的能量停止擴張。最終宇宙擴張到極限而再回轉是可能的。許多天文學家及理論物理學家相信這種現象將會發生。如果是那樣,宇宙本身就是一個黑洞,它本身被吸入,然後再回到所有黑洞內部最終的奇點。

如果一個勇敢的宇航員乘坐火箭船,穿過黑洞的地平線,在那裡將會發生什麼?他會遭遇什麼?不幸的是,他將不能告訴我們他所知道的一切。因為這是一個單程旅行,他將會被強大的引力所吸引,並且像意大利麵條一樣抽出直到被扯碎,他不會生還……

如果一件東西不慎落人黑洞的中心,物理學家相信也許它不會丟失,它很可能通過黑洞落入另一個宇宙,這就是蟲洞。我們都知道,兩點之間最短的距離是直線。然而,物理學家不這麼認為,因為我們能在多維空間將紙彎曲,讓兩點彼此接觸,所以蟲洞是捷徑,是最短的距離。通過多維空間的捷徑,通過第三維,允許我們取最短的距離,也許在一段時間內來回移動第四維,進行一次奇妙的時間旅行。這看起來不可思議,要能實現,可能要依賴黑洞的幫助。根據相對論,物理學家假設一個黑洞有兩個末端,兩個末端在時空的不同地區開始,直到20世紀80年代,這些隧道被看成是科幻作家的想象。

但是斯蒂芬·霍金相信某一段的時間旅行是可能的,但是必須建立一個時間機器。

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太空船進入黑洞的蟲洞,而在另一個時間另一個地點出現,太空船捕捉到一個行星,行星的引力就像磁鐵,時間隨著每一次旋轉而慢下來。事實上,對於移動的物體來說,時間流逝較慢,也適用於蟲洞的末端。如果遵循物理學家的假設,那麼蟲洞不必在宇宙空間,然而能與其他宇宙連接。許多科學家相信,我們的宇宙在漸漸地擴張,總有一天它會崩裂。如果這個最後的崩裂也被稱為大爆炸,那麼我們的宇宙能通過蟲洞漫步並且產生新宇宙。這種想法讓我們推測,宇宙的形成可追溯到200億年~150億年以前,就是多宇宙論。也許我們的宇宙並不孤獨,也許我們的宇宙有孩子,也許我們的宇宙本身會發出隆隆的聲音。

隨著歷史的進程,人類已揭示了許多宇宙的秘密。但是對於那些古老的謎團你能找到真正的答案嗎?一件事是肯定的:許多問題的答案仍藏在黑洞的深處。


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