|
在超新星爆发后， 如果恒星剩余质量超过二或三个太阳质量， 中子简并压力亦不足以抵抗向内的引力， 这时在已知的物理理论里面， 再没有更强的力能足以与引力一决雌雄， 恒星只可以不断塌缩， 成为黑洞。
 黑 洞 如我们把一颗石块向上抛， 它会很快跌回地面， 我们用点劲抛， 它会飞得高一点； 假若再加把劲， 令石块向上速度达 逃 逸 速 度 ， 它便会直冲出宇宙， 一去不返。
恒星质量越大， 体积越小， 引力的羁绊便越大， 所需逃逸速度亦越高。另一方面， 爱恩斯坦的相对论断言宇宙中最高的速度便是光速， 所以如所需的逃逸速度大于光速， 那么宇宙中包括光在内的一切都不可能逃离引力的魔掌， 这颗恒星便成为 黑 洞 。 不 了 解 广 义 相 对 论 ， 便 不 能 真 正 了 解 黑 洞 。广义相对论的中心思想是质量会扭曲其附近的时空， 质量越大， 影响越明显。牛顿力学认为月球绕地球旋转， 是因为月球受到地球引力的吸引； 但广义相对论的说法则是地球的质量扭曲了附近的时空， 月球在不平坦的时空以最自然的方式运行， 结果走出了一条绕着地球转的曲线， 情况就如弹珠在不平坦的地面走， 会左摇右摆一样。同样道理， 光线在通过大质量物质附近时， 亦不会以直线运行。
 黑洞是引力极强之地， 光线路径扭曲的程度， 足以令光线无法逃跑。在黑洞附近， 光线( 包括宇宙所有其他物质) 能否逃离的分水岭称为 事 件 穹 界 。为 甚 么 叫 事 件 穹 界 呢 ？原因很简单， 由于在事件穹界之内的一切皆不能逃离， 所以在这个界限以内发生的一切， 将永远不能为人所知， 事件穹界便是事件能为人所探知的极限。对 于 一 个 史 瓦 西 黑 洞 ﹐ 即一个并不自转和不带电的黑洞﹐ 事件穹界的半径称为 史 瓦 西 半 径 (RS) ， 数值的大小只取决于黑洞的质量。
 我 们 称 黑 洞 中 心 为 奇 点 ， 很多人以为奇点是一个半径等于零但密度无限大的地方。其实， 比较正确的说法是我们根本不知道那里是什么一回事， 因为我们所知的一切物理定律根本不适用于情况如此极端的地方。 在事件穹界之外， 有一个称为 光 子 球 层 的 球 状 区 域 。在这里， 只要光线是以切线方式擦过光子球层， 便会被黑洞引力俘获， 沿着这球层像卫星一样永远绕着黑洞旋转。黑洞的可怕引力会随着距离递减， 事实上假若我们的太阳突然变成一个黑洞， 地球并不会感到太阳的引力有什么不同， 仍旧会依着同一轨道绕着太阳旋转。
 假若有人跌进了黑洞， 会发生什么事呢？首先， 如你在远处看着这个不幸的太空人， 你会发觉开始时就如一切向下跌的物体一样， 他跌进黑洞的速度会越来越快， 当他接近黑洞， 奇怪的事开始发生， 你会发觉他开始减速， 越接近事件穹界， 他的速度便越慢， 一切变得像慢动作影片， 最后更仿似停留不动， 永远不能到达事件穹界！
 但对这个不幸的太空人来说， 情况便完全不同。当然我们先要假设这个太空人有超人般的身体， 不会被黑洞的引力杀死。当他越来越接近黑洞， 黑洞看来会越来越大， 更开始包围着他﹐ 只剩太空船的尾窗仍可看到外面的宇宙， 但除此之外， 倒没有什么特别， 之后在极短极短的时间之内， 他便会撞上黑洞的奇点。
旋 转 黑 洞 旋 转 黑 洞 又 称 为 克 尔 黑 洞 ， 它们的特性和以上所说的静止黑洞很不同。旋转黑洞有外内两个事件穹界， 而它们之间的区域称为 能 层 。在能层内的物质会被黑洞自转所带动， 但仍有机会逃离黑洞的魔掌。内事件穹界才是真正的死亡线， 一旦进入便永无翻身之日。
理论上， 我们是可以从黑洞中榨取它的自转能。方法是把一件物体放进能层， 然后把物体分成两部分， 让一部分堕进黑洞， 另外一部分逃离黑洞﹐ 若我们适当地选择它们的质量、 分离的时间等等﹐ 便可以让逃离的部分以更高速度( 即更高能量) 离开黑洞。或者在茫茫宇宙， 确有先进的天外文明， 利用这个方法抽取黑洞的能量呢！
寻 找 黑 洞理论上， 我们永远看不到黑洞， 但这不表示我们没有办法找到它们。普遍原则是找一些黑而密度高的物体。 在事件穹界之外， 开普勒定律( 请参阅 第 四 章 ) 仍 勉 强 适 用 。我们可以量度绕着怀疑黑洞转的气体的速度( 利用多普勒效应﹑ 请参阅 第 五 章 ) ， 然后利用开普勒定律， 计算出中心物体的质量下限。假若质量超过三个太阳质量， 而且它非常细小又漆黑一片， 我们便很有理由相信这是黑洞。 通常， 黑洞会被吸积盘所环绕， 两极更有喷流。当物质流入黑洞， 会发射出强烈的X 射线。找寻这些X 射线源亦是寻找黑洞( 或中子星) 的重要方法。 天鹅座X-1 便是最早发现的怀疑黑洞。这物体的伴星是一颗O 型星， 质量下限是七个太阳质量， 并会放射出X 射线。一切证据都显示它极有可能是黑洞。
 非 星 体 黑 洞理论上， 黑洞是没有质量的上下限。它们可以超乎想像的大和重， 我们称这种黑洞为 特 大 质 量 黑 洞 。我们在不少星系中心都找到这种黑洞。例如在M87 星系的核心内便有一个质量为3x109 个太阳质量， 但直径只有数光星期之内的物体， 只有黑洞才可能这么重而同时又这么细小。
星 系 NGC4261 是 另 一 个 例 子 。吸积盘的质量不计在内， 星系中心物体的质量为1.2x109 个太阳质量， 大小却只和太阳系相若， 唯一解释便是它是一个特大质量黑洞。
知 多 一 点 点「 黑 洞 没 有 毛 发 」 原理： 十年之前， 我们相信黑洞是一个很简单的物体， 三个物理参数─ 质量、 角动量(如要求不严谨， 可把它看成为自转速度) 和电荷─ 便决定了它的一切， 两个黑洞只要它们这三个参数相同， 物理特性便完全一样， 黑洞最初由什么物质所造成是无关宏旨的， 由于黑洞是这样「 单纯」 ， 光秃秃没有什么特征， 所以天文学家谑称「 黑洞没有毛发」 。对于真正的黑洞， 由于它的强大引力足以离子化附近的物质， 然后把自己中和， 所以应该没有黑洞是带电的。但我们最近发现， 在非常特殊的条件下， 黑洞可能有其他可观测的物理特性， 由于这牵涉高深物理， 在这里不再作进一步的探讨。 霍 金 蒸 发 ： 到目前为止， 我们不断强调事件穹界是一条不归路。但真的没有东西可逃出黑洞吗？著名英国天文学家霍金得出了一个惊人的结论， 他发现理论上黑洞亦会如普通黑体一样发出辐射， 这便是霍金蒸发理论。原来黑洞亦有温度， 而它的温度和它的质量成反比， 即质量越大， 温度越低。普通星体所形成的黑洞的温度低至根本无法量度， 但只要我们能够找到小型黑洞， 其蒸发过程却是可以观测得到的。 小 型 黑 洞 ： 到目前为止， 所谈及的黑洞形成机制只能产生质量大于太阳质量三倍的黑洞。我们相信小型黑洞只能在宇宙初开头一秒内的极端环境下诞生， 现在仍有小型黑洞存在吗？理论上是可能的， 但目前仍是疑案。 黑 洞 的 归 宿 ： 若黑洞会产生辐射， 它便会逐渐失去质量， 当所有质量皆蒸发掉时会发生什么事？我们不知道， 科学家仍需努力。 虫 洞 ： 在科幻小说里， 我们经常可以看到作者利用虫洞作为连接宇宙两处地方的捷径。小说中的英雄只要走进虫洞， 便可瞬间穿梭时空。到目前为止， 虫洞只存在于理论当中， 作为时空隧道它有极大的缺点， 它的两个出口皆是黑洞！当勇敢的太空人穿越虫洞后， 他会发觉自己被困在另一个黑洞中， 他或许可在刹那间看到宇宙另一处的景像， 但会立即撞进奇点而死亡。 |
|
|
来自： LM0318 > 《21 遼寧(遼)》
