黑洞能吞進整個宇宙嗎

央視國際 2004年02月26日 17:25

　　黑洞是我們宇宙中最奇怪、最神秘的物體，它們像宇宙中的真空吸塵器，能吞沒靠近它們的任何東西，不論是大頭針還是體積是太陽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2000億個，天文學家相信在宇宙中有無數個黑洞，通過對黑洞深處的研究將揭開宇宙形成的奧秘。

　　黑洞是如何形成的？

　　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。對於這一理論，法國數學家及科學家拉普拉斯作了明確的解釋，而最有説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，其描述與我們現有的照片非常相似。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。

　　為了了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150億年至200億年前形成。它始於無限密集且溫度非常高的一個點，科學家稱這一點為奇點，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。大爆炸之後，小的氣體雲再一次集中起來，並在引力的影響下組合。因此，就形成像太陽一樣的星體。太陽的歷史大約為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3.8億公里之外。這些能量來自核裂變反應，在溫度高達1500攝氏度時，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。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恒星多很多倍。

　　科學家怎樣發現了黑洞？

　　渴望靠近星體是人類古老的夢。由於16世紀天文望遠鏡的出現，幫助我們解開了天體之謎。今天的射電望遠鏡的出現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。哈勃太空望遠鏡在我們的銀河系中心所拍的照片非常清晰，基於這些照片，科學家推測在銀河系中心有一個巨大的黑洞。科學家早已推測在銀河外星系的中心有黑洞存在，當然有確切的證據。

　　天文學家用夏普超級照相機拍攝了6000億個小斑點，其照片通過高性能的電腦閱讀、分析，這就是天文學家如何在銀河系中心發現了一個巨大黑洞的過程。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，測量它們確切的速度。其結果發現和太陽系相似之處在於：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裏。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，那就會崩裂而形成一個小黑洞。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。在某個時候星體大量地滑移，彼此融化，形成一個中等尺寸的黑洞，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，我們也因此了解到更多關於宇宙及黑洞的知識。

　　黑洞內部有什麼秘密？

　　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，即長度的維數、高度的維數及寬度的維數。三維的意思是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。愛因斯坦説要引入第四維；時間，就是説宇宙由四維組成。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。通常我們看表時只是感知時間，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，也不能讓時間停止，更不能讓時間提前。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。在1905年，愛因斯坦創造了數學原理，即他的特殊理論——廣義相對論，來統一時間和空間。此理論證明一個運行的時鐘比一個靜止的時鐘走得慢。也就是説，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73000公里，時間過得卻非常慢。為什麼會這樣呢？在廣義相對論裏沒有絕對的時間。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。大量的天上星體創造了一個槽，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説有些歪斜。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兒是無限的。數字不能處理無限的數字，所以奇點是抽象的點，沒有人會到達那裏。當你到達黑洞的中心會發生什麼，就像在大爆炸之前會發生什麼一樣，這個答案目前無法回答，但黑洞給我們提供了發揮奇異思考的空間。

　　宇宙會被黑洞吞沒嗎？

　　黑洞能吸進整個宇宙嗎？在原則上沒有什麼東西可以充滿黑洞，但是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，而且越到將來，它們移動的速度越快。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。有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，在黑洞邊緣繞行，穿過黑洞的地平線，在那裏將會發生什麼樣的情景？他將會遭遇什麼樣的危險？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入黑洞的中心，物理學家相信也許它不會丟失，它很可能過黑洞落入另一個宇宙，這就是蟲洞。例如，兩點之間最短的距離是直線，這是我們在小學就學到的知識。然而，物理學家認為這個結論不正確，因為一條直線不是兩點間最短的距離。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，允許我們取巨大的距離，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。根據愛因斯坦的相對論，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。這些隧道被看作為科幻作家的想象，科學家則排斥時間旅行的可能性。

　　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。理論上説，一個時間機器可能會起作用。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，對於移動的物體來説，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産生新宇宙。這種想法讓我們推測，宇宙的形成可追溯到150到200億年以前，就是我們所稱的多宇宙論。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。但是對於那些古老之謎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。（由CCTV-10《走近科學》欄目供稿）