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落到黑洞中去已成為科學(xué)幻想中的恐怖一幕,F(xiàn)在黑洞已在事實上被說成是科學(xué)的現(xiàn)實,而非科學(xué)的幻想。正如我所要描述的,我們已有很強的理由預(yù)言黑洞必然存在。觀測證據(jù)強烈地顯示,在我們自身的銀河系中有些黑洞,而在其他星系中則更多。
首先討論黑洞的是一位名叫約翰·米歇爾的劍橋人,他在1783年寫了一篇有關(guān)的論文。他的思想如下:假設(shè)你在地球表面上向上點燃一顆炮彈。在它上升的過程中,其速度由于引力效應(yīng)而減慢。它最終會停止上升并落回來,而是繼續(xù)向外運動。這個臨界速度稱為逃逸速度。地球的逃逸速度大約為每秒7英里,太陽的逃逸速度大約為每秒100英里。這兩個速度都比實際炮彈的速度大,但是它們比起光速來就太小了,光速是每秒186000英里。這表明引力對光的影響甚微,光可以毫無困難地從地球或太陽逃逸?墒牵仔獱柾普摰,也許可能有這樣的一顆恒星,它的質(zhì)量雖夠在而尺度雖夠小,這樣它的逃逸速度就比光速還大。因為從該恒星表面發(fā)出的光會被恒星的引力場拉曳回去,所以它不能到達我們這里,因此我們不能看到這顆恒星。然而,我們可以根據(jù)它的引力場作用到附近物體上的效應(yīng)檢測到它的存在。
根據(jù)廣義相對論,空間和時間一起被認為形成稱作時空的四維空間。這個空間不是平坦的,它被在它當中的物質(zhì)和能量所畸變或者彎曲。在向我們傳來的光線或者無線電波于太陽附近受到的彎折中可以觀測到這種曲率。在光線通過太陽鄰近的情形時,這種彎折非常微小。然而,如果太陽被收縮到只有幾英里的尺度,這種彎折就會厲害到這種程度,即從太陽表面發(fā)出的光線不能逃逸出來,它被太陽的引力場拉曳回去。根據(jù)相對論,沒有東西可以比光旅行得更快,這樣就存在一個任何東西都不能逃逸的區(qū)域。這個區(qū)域就叫做黑洞。它的邊界稱為事件視界。它是由剛好不能從黑洞逃出而只能停留在邊緣上徘徊的光線形成的。
太陽正在把氫燃燒成氦,如同一顆受控的氫彈。這個過程中釋放出的熱量產(chǎn)生了壓力,這種壓力使太陽能抵抗得住自身引力的吸引,正是這種引力使得太陽尺度變小。
然而,太陽最終會耗盡它的燃料。這要發(fā)生也是在再過大約五十億年以后的事,所以不必焦急訂票飛到其他恒星去。然而,具有比太陽更大質(zhì)量的恒星會更迅速地耗盡燃料。在燃料用盡后就開始失去熱量并且收縮。如果它們質(zhì)量比大約太陽質(zhì)量的兩倍還小,就最終會停止收縮,并且趨向于一種穩(wěn)定的狀態(tài)。這樣的狀態(tài)之一叫作白矮星。它們具有幾千英里的半徑和每立方英寸幾百噸的密度。另一種這樣的狀態(tài)是中子星。它們具有大約十英里的半徑和每立方英寸幾百萬噸的密度。
質(zhì)量比大約太陽質(zhì)量兩倍更大的恒星不能穩(wěn)定成為一顆白矮星或中子星。在某種情形下,該恒星可以爆炸,并拋出足夠的質(zhì)量,使余下的質(zhì)量低于這個極限。但是總有例外。有些恒星會變得這么小,它們的引力場會把光線彎折到這種程度,使它折不回到恒星本身上去。不管是光線還是別的任何東西都不能逃逸出來。該恒星已經(jīng)變成了一個黑洞。
物理定律是時間對稱的。如果存在東西能落進去而不能跑出來的中作黑洞的物體,那就還應(yīng)該存在東西能跑出來而不能落進去的其他物體。人們可以把這些物體叫做白洞。人們可以猜測,一個人可以在一處跳進一個黑洞,而在另一處從一個白洞跑出來這應(yīng)是早先提到長距離空間旅行的理想手段。你所需要做的一切是去尋找一個鄰近的黑洞。
這種形式的空間旅行初看起來是可能的。然而,后來的研究表明:最為微小的擾動,譬如講空間飛船的存在都會把這個"蟲洞",或者從該黑洞到該白洞的通道消滅。該空間飛船會被無限強大的力量撕得粉碎。這正如同躲藏在大桶里從尼亞加拉瀑布漂下去一樣。
隨著黑洞釋放粒子和輻射,它將損失質(zhì)量。這將使黑洞變得越來越小,并更迅速地發(fā)射粒子。它最終會達到零質(zhì)量并完全消失。對于那些落入黑洞的物體,還可能包括空間飛船都會發(fā)生什么呢?根據(jù)我的一些最新的研究,其答案是,它們會出發(fā)到它們自身的微小的嬰兒宇宙中去。一個小的自足的宇宙從宇宙中我們的區(qū)域分*開來。這個嬰兒宇宙可以重新連接到時空的我們的區(qū)域。如果說發(fā)生這種情形的話,它在我們看來顯得是另外一個黑洞形成并隨后蒸發(fā)掉。落進一個黑洞的粒子會作為從另一個黑洞發(fā)射的粒子而出現(xiàn),反之亦然。
這聽起來似乎正是允許通過黑洞進行空間旅行所需要的。你只要駕駛你的空間飛船進入適當?shù)暮诙矗詈檬窍喈斁薮蟮暮诙。否則的話,在你進入黑洞之前引力就已經(jīng)把你撕成意大利面條。你可望在另外一個黑洞外面重新出現(xiàn),雖然你不能選擇在什么地方。Rjiaowang1218
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