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黑洞:宇宙奇观与人类命运

时间:2023-08-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:“黑洞是一种天体,与其他任何一种行星和恒星都不同,所以任何物理定理遇到黑洞都会失效。”“啊?这么厉害,那假如我们人类掉进黑洞呢?会活着出来吗?”黑洞并不是科学家在一夜之间突然想到的。这样的天体就是黑洞,拉普拉斯所说的那个恒星便是生动的一例。一个质量像太阳那么大的黑洞,大约需要一个地球年才能蒸发殆尽;但是质量和一颗小行星相当的小黑洞,竟会在一秒钟内就蒸发得干干净净!

黑洞:宇宙奇观与人类命运

有天放学回家后,文文发现爸爸已经在家了。爸爸没有做饭,而是待在书房看书,文文很好奇,就敲了门进去。

“爸爸,你在看什么呀,这么认真?”文文问。

“关于黑洞的理论书籍。”

“黑洞?黑洞是什么?”

“黑洞是一种天体,与其他任何一种行星和恒星都不同,所以任何物理定理遇到黑洞都会失效。”

“啊?这么厉害,那假如我们人类掉进黑洞呢?会活着出来吗?”

要回答文文的提问,我们要先从了解黑洞开始。“黑洞”这个名字,总是令人遐想联翩。那么,究竟什么是“黑洞”?

这个名字的第一个字“黑”,表明它不会向外界发射或反射任何光线,也不会发射或反射其他形式的电磁波——无论是波长最长的无线电波还是波长最短的γ射线。因此人们无法看见它,它绝对是“黑”的。第二个字“洞”,说的是任何东西只要一进入它的边界,就休想再溜出去了,它就像一个真正的“无底洞”。

也许有人会想:假如我用一只超级巨大的探照灯对准黑洞照过去,黑洞不就现形了吗?错了!射向黑洞的光无论有多强,都会被黑洞全部“吞噬”,不会有一点反射。这个“无底洞”,照样还是那么“黑”。科学家把这种奇特的天体称为“黑洞”,真是太贴切了。黑洞并不是科学家在一夜之间突然想到的。早在1798年,法国科学家拉普拉斯就根据牛顿建立的力学理论推测:“一个直径像地球、密度为太阳250倍的发光恒星,在其引力作用下,将不允许它的任何光线到达我们这里。”(www.xing528.com)

这话是什么意思?我们不妨先从宇宙飞船说起。宇宙飞船要摆脱地球的引力进入星际空间,速度至少要达到11.2千米/秒,否则它就永远逃不出地球引力的控制。这11.2千米/秒的速度,就是任何物体从地球引力场中“逃逸”出去所需的最低速度,称为地球的“逃逸速度”。太阳的引力比地球引力强大得多,因此太阳的逃逸速度也要比地球的大得多,为618千米/秒。再进一步讲,要是一个天体的逃逸速度达到了光速,那么就连光线也不可能从它那里逃逸出去了。这样的天体就是黑洞,拉普拉斯所说的那个恒星便是生动的一例。光是宇宙间跑得最快的东西,既然连光都逃不出黑洞,那么其他一切东西也就休想逃出去了。

所以,一个人如果掉进黑洞,那么,他一定会被吞噬。

随着科学的发展,人们也从一开始对黑洞的一无所知到现在的了解越来越深入,如今,关于黑洞的更准确的说法是:“黑洞是广义相对论预言的一种特殊天体。它的基本特征是有一个封闭的边界,称为黑洞的‘视界’;除了黑洞自身外,外界的物质与辐射能进入视界,视界内的东西却不能逃逸到外面去。”正因为黑洞如此“只进不出”、有“吞噬”作用,所以才有了一个不雅的外号——“太空中最自私的怪物”。

不过,事情也不是那么简单。出乎人们意料,黑洞这个“怪物”,有时候竟然还十分“慷慨”。这又是怎么一回事?

在20世纪70年代,英国科学家霍金等人从量子力学的角度,对黑洞做了更为缜密和科学的考察,结果发现黑洞会像“蒸发”那样稳定地往外发射粒子。考虑到这种“蒸发”,黑洞就不再是绝对“黑”的了。

霍金还证明,每个黑洞自身都有一定的温度,而且,其质量与温度之间是成反比的,质量越大,温度越低,蒸发越微弱;质量越小,温度越高,蒸发也很猛烈,类似剧烈的爆发。一个质量像太阳那么大的黑洞,大约需要一个地球年才能蒸发殆尽;但是质量和一颗小行星相当的小黑洞,竟会在一秒钟内就蒸发得干干净净!

地理知识小链接

黑洞,就是一个被视界(光再也无法逃脱的界限)包裹着的奇点(质量非常大的一个点,密度无限大)。当宇航员坠向黑洞时,就算他掉进视界里,他自己也并不会感到有什么异常现象(假如他不被撕碎)。当他到达奇点时,他最终还是被撕碎了。所谓的异常现象,其实是观测者看到的。当那个不幸的宇航员越靠近视界,观测者看到他的动作越慢,他的图像越发红。直到他到达视界,他的动作停滞了,人们看不到他在视界内的告别与惨死。

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