黑夜中,我們常常會看到天空中繁星閃爍,這些會發光的繁星,在宇宙中是微不足道的,而且宇宙中還存在一些並不會發光的天體,如黑洞。與別的星體相比,黑洞是十分特殊的,因為它是無法看到的。
·吞噬者———黑洞·
如今,公認為發現黑洞的是位叫拉普拉斯的科學家。
黑洞是如何被發現的呢?18世紀的歐洲還沒有專門的科研機構,因而科學家要進行研究,就需要大量的錢財去購買器材、藥品等,而卡文迪許可以說是當時科學家中最富有的、有錢人中最有學問的人。在1784年,一個叫約翰·米切爾的人寫信給卡文迪許說:“如果有個星星比太陽的質量要大500倍,那麼這顆星星發出的光就會被引力拉回去。”然而,卡文迪許沒有注意到這封信,或者是不感興趣,以至於與“黑洞”擦肩而過。
拉普拉斯用了25年的時間編寫了一本《天體力學》,這本書為他帶來了極大的聲譽。在他47歲時,提出了太陽係是起源於星雲的說法。直到1798年,拉普拉斯才提出了一個觀點:“太空中存在著不少黑暗的天體,這些天體有恒星那樣大,數量也非常多,假設有個和地球同樣密度,但是直徑是太陽250倍的星球,這個星球即使發光,我們也看不到,因為它發出的光都被自身的引力拉住,而不能往外逃脫。因此,宇宙中可能存在大量這樣的天體而我們卻看不到它。”這是人類最早提出的關於“黑洞”的概念,是由牛頓力學推導出來的。
1972年,美國人貝肯斯坦提出黑洞“無毛定理”:星體坍縮成黑洞,最後隻剩下電荷、質量、角動量在起作用,而其他的一切密度、磁場、溫度等都失去了作用。這一定理得到了很多科學家的證實。
為了研究太空中的光線,美國宇航局專門組建了專門的天文觀測係統。在這種係統的幫助下,人們驚訝地發現,那些看不到的星體甚至會發出比太陽更加耀眼的光,而這些光都是不能直接觀察到的,因此這就證明了宇宙中確實存在看不見的“黑洞”。
當然,如今的黑洞概念,是科學家們根據愛因斯坦的相對論推導出來的。霍金是黑洞研究的領袖之一,在一天晚上,霍金突然想到,如果有個人不小心掉進黑洞,那麼他的能量、動量都跑到哪裏去了?如果兩個黑洞相碰的話,會產生什麼樣的後果?後來,霍金對“黑洞”下了一個定義:如果太空中存在這麼一個區域,它無法和無窮遠處發生因果聯係,那麼這個區域就是黑洞。
黑洞是個非常“與眾不同”的天體,它能夠吞噬一切,包括光線,不論是自身發出的光,還是其他天體給予的光。我們都知道,光線是直線傳播的,但是在黑洞中光線是扭曲的,這是因為黑洞有超強的引力,讓光線偏離了原來的位置。這是符合廣義相對論的,即空間會在引力場作用下出現扭曲現象。如此一來,這個星體就隱藏起來了,就像是具有“隱身術”一般。當然,在地球上這種引力是非常小的,所以我們看到的光線都是直線傳播的。
如今,有些科學家們將黑洞分為三類:微型黑洞、恒星級黑洞以及巨黑洞。微型黑洞是由霍金提出來的,霍金認為這些微型黑洞是宇宙大爆炸的產物之一,和一粒米一樣大小,而質量卻是地球的幾百倍;恒星級黑洞是由大質量恒星坍縮形成的;巨黑洞是指質量可以達到太陽的幾百萬倍以上的黑洞。
在黑洞的周圍,是一個無法偵測的事件視界,標誌著無法返回的臨界點。
· 黑洞的成因 ·
宇宙中最不可思議的是黑洞,因為至今沒有人看見過黑洞。
黑洞的神秘之處在於即使站在黑洞的邊緣,也無法看清黑洞內部的真實情況。退一萬步說,即使有人能夠站在黑洞邊緣,恐怕也會被黑洞強大的吸力拖入黑洞中,再也無法出來。那麼,黑洞是如何形成的呢?
我們知道,宇宙中存在很多恒星,恒星是個氣體球,溫度很高,因而對外輻射的壓力也很大,當壓力與恒星物質間的引力達到平衡時,恒星就能保持穩定的狀態,如我們所看到的太陽。目前,太陽對外輻射的壓力和太陽間的引力是平衡的,因而我們還能夠看到太陽。
恒星是靠能量來維持平衡的,然而能量總會有耗盡的一天,當這一天到來時,如果恒星的表層反應仍很激烈,那麼恒星就會像氣球一樣不斷地膨脹,此時由於恒星的能量得不到有效的補充,恒星發出的光就不再像以往那般耀眼、炙熱,光會一點一點地減弱,呈現出暗紅色,溫度也會隨之下降。恒星能量逐漸減少,卻不斷地往外膨脹,等到對外輻射壓力抵抗不了恒星的吸引力時,恒星便開始由核心不斷地坍縮。
根據牛頓的“萬有引力”定律,引力與質量是成正比的。也就是說,相同條件下,質量越大的物體引力越大,且和距離的平方成反比,也就是距離越遠,引力越小。恒星不斷地坍縮,距離就會逐漸縮小,引力就會不斷增大,因而坍縮就會更為嚴重。就這樣,恒星逐漸變得越來越小,密度越來越大,從而讓恒星坍縮的速度越來越快。在坍縮的過程中,由於摩擦加劇,恒星的溫度會越來越高,甚至可以達到一億攝氏度。
當溫度達到極點後,恒星就會像氣球那樣爆炸,無數的碎片撒向宇宙,甚至會落到地球上。在這個過程中,質量較小的恒星會成為白矮星,不會成為黑洞,隻有那些質量超過太陽三倍的恒星,由於最後沒有什麼能夠與自身的重力相抗衡了,因而會再次發生坍縮。
在這一過程中,恒星的直徑會越來越小,直到成為一個小“點”,這個點就是“奇點”,以奇點為中心的範圍內的引力是非常大的,任何東西包括光線都會被它吞噬。光線在這個範圍內產生扭曲,所以我們就無法看到恒星了,這樣黑洞便形成了。