正文 第94章 黑洞之謎(2 / 3)

《星際旅行》使公眾著迷於黑洞這個概念。這種著迷也部分因為惠勒所想出來的名字,它能激發出巨大的神秘感,而且還出現在有關日常生活中麻煩的玩笑之中。公眾從未對像白矮星、中子星這些重要的恒星產生興趣,而黑洞則像彗星一樣吸引住了公眾的注意力。很奇怪,頂尖的物理學家已為黑洞這一問題苦思冥想了60年,並且仍在繼續著。事實上,公眾對黑洞的關注是因為我們很難解釋它,這使黑洞成為我們知識的空白,促使每個人都能自由地發揮他們的想象。

許多黑洞的定義都集中在說明它的引力場非常強,以致任何東西甚至光都無法逃離它。索恩走得更遠。雖然他的書出版於1994年,先於天文學家開始驗證黑洞是否確實存在了好幾年,索恩已處於黑洞理論研究的前列。即便是索恩都非常謹慎,因為他有關黑洞的計算導出了更奇怪的結論。

讓我們問一個簡單的問題:黑洞有多大?

理論上,任何東西都能變成一個黑洞。比如,一顆恒星,一顆衛星,帝國大廈,一頭大象,你,或者我,隻要有足夠的力施加到這個物體上,把它壓縮至它的引力場強到可以使空間彎曲、俘獲光,這樣它就變成了一個黑洞。你和我都將變成一個小黑洞,隻要我們隻有一個電子的十億分之一大。如果要使地球變成一個黑洞,那麼地球就必須比乒乓球還要小。如果要使太陽成為一個黑洞,其半徑將隻有2.4公裏。

實際上,太陽不會變成黑洞,你和我也不會。我們都沒有大到可以成為黑洞,而有些恒星大到不可避免地會變成黑洞。正如費裏斯在《全部家當》中解釋的那樣,“每顆健康的恒星都代表兩種相反力的平衡。引力要使恒星坍縮。恒星的核產生的向外熱輻射,使恒星向外擴張。在向內的引力和向外的熱輻射的作用下,處於平衡狀態的恒星會有規律地跳動。跳動的脈搏由一種美妙的反饋機製來調節。”這種熱和引力間的反饋機製能使恒星燃燒很長時間,對於太陽這將是100億年,這是太陽壽命的一半。恒星核中的核燃料維持著這種反饋機製,它的燃燒率與恒星質量的立方成正比。這樣,如果一個恒星的質量是太陽質量的10倍,那麼它的燃燒率就是太陽的1000倍,燃燒得更明亮,但也更短。對於任何尺寸的恒星,隻要熱和引力之間的平衡被打破,坍縮就將是不可避免的了。

尺寸像太陽那麼大或質量隻有太陽質量5/7的恒星將變成白矮星。白矮星大小如地球,卻具有太陽那麼大的質量,它將不再坍縮,因為量子力學中的泡利不相容原理在起作用,電子防止了恒星密度的增加。更大的恒星將坍縮得更厲害,常縮小到直徑隻有16.1公裏,它們被稱為“中子星”,因為它們的核是由電中性的亞原子粒子組成的。中子星旋轉得非常快,能達到1000周/秒,如果它們還有一個磁場的話,那麼它們將產生很強而又短促的無線電波束,這使它們得到了“脈衝星”的名稱。

更大的恒星可能具有很大的質量,以致它們演化成的白矮星或中子星會繼續坍縮下去,這樣就將形成黑洞。任何物體包括光,都逃不脫黑洞的吸引,隻要它們離黑洞的視界足夠接近,它們就會被吞噬。支配宇宙的正常的引力規律在視界處轉變為支配黑洞的規律。黑洞是這樣一個奇點,在其內部區域特殊的規律起著作用。已有許多不同的理論嚐試著詳細說明黑洞內部所發生的一切。甚至連好萊塢都參與其中,這在迪斯尼公司1979年的電影《黑洞》中有所表現。雖然這部電影視覺上非常壯觀,但卻傻得可愛。一些宇宙學家認為,任何掉入黑洞的物體將被拉長,像麵條一樣,而另一些人則想象著通過黑洞旅行到另一個不同世界的可能性。許多聰明的人為此做了無數的計算,但遺憾的是,還沒有人真正知道將發生什麼。考慮到宇宙大爆炸理論的某些方麵,我們所麵對的奇點為描述黑洞提供了一些線索。不管對黑洞的數學描述有多麼精致,它隻是一個想象的現實。

自惠勒轉而支持黑洞這個想法以來,無數的宇宙學家盡力想弄懂這些奇怪的星體的本性。20世紀七八十年代,直到90年代,關於黑洞的理論層出不窮,引起爭論不斷。有關的理論很多了,但卻存在一個問題:人們還未觀測到黑洞。