第151章 黑洞（二）

    我继续向下翻黑洞的介绍：由于黑洞的密度极大，根据公式我们可以知道密度=质量/体积，为了让黑洞密度无限大，而黑洞的质量不变，那就说明黑洞的体积要无限小，这样才能成为黑洞。黑洞是由一些恒星“灭亡”后所形成的死星，它的质量极大，体积极小。

    但黑洞也有灭亡的那天，按照霍金的理论，在量子物理中，有一种名为“隧道效应”的现象，即一个粒子的场强分布虽然尽可能让能量低的地方较强，但即使在能量相当高的地方，场强仍会有分布，对于黑洞的边界来说，这就是一堵能量相当高的势垒，但是粒子仍有可能出去。

    霍金还证明，每个黑洞都有一定的温度，而且温度的高低与黑洞的质量成反比例。也就是说，大黑洞温度低，蒸发也微弱；小黑洞的温度高蒸发也强烈，类似剧烈的爆发。

    相当于一个太阳质量的黑洞，大约要1x1066年才能蒸发殆尽；相当于一颗小行星质量的黑洞会在1x10-21秒内蒸发得干干净净。

    黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸，会喷射物体，发出耀眼的光芒。当英国物理学家斯蒂芬·威廉·霍金于1974年做此预言时，整个科学界为之震动。

    霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论，他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。

    假设一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近的话就会有两种情况发生：两粒子湮灭、一个粒子被吸入黑洞。“一个粒子被吸入黑洞”这一情况：在黑洞附近创生的一对粒子其中一个反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生，我们设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量，而反粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子的为之相反的运动过程，如一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子从黑洞逃逸。

    这一情况就是一个携带着从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的总能量少了，而爱因斯坦的质能方程e=mc2表明，能量的损失会导致质量的损失。

    当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。

    这样，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失得更快。

    这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，因为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。

    一项新的理论指出黑洞的死亡方式可能是以转变为白洞的方式进行的。

    理论上来说，白洞在行为上恰好是黑洞的反面——黑洞不断吞噬物质，而白洞则不断向外喷射物质。

    这一发现最早是由英国某杂志网站报道的，其理论依据是晦涩的量子引力理论。

    恒星的时空扭曲改变了光线的路径，使之和原先没有恒星情况下的路径不一样。

    光在恒星表面附近稍微向内偏折，在日食时观察远处恒星发出的光线，可以看到这种偏折现象。

    当该恒星向内坍塌时，其质量导致的时空扭曲变得很强，光线向内偏折得也更强，从而使得光子从恒星逃逸变得更为困难。

    对于在远处的观察者而言，光线变得更黯淡更红。

    最后，当这恒星收缩到某一临界半径（史瓦西半径）时，其质量导致时空扭曲变得如此之强，使得光向内偏折得也如此之强，以至于光也逃逸不出去 。这样，如果光都逃逸不出来，其他东西更不可能逃逸，都会被拉回去。

    也就是说，存在一个事件的集合或时空区域，光或任何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者，这样的区域称作黑洞。

    将其边界称作事件视界，它和刚好不能从黑洞逃逸的光线的轨迹相重合。

    与别的天体相比，黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，科学家也只能对它内部结构提出各种猜想。

    而使得黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的时空。

    根据广义相对论，时空会在引力场作用下弯曲。

    这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短光程传播，但相对而言它已弯曲。

    在经过大密度的天体时，时空会弯曲，光也就偏离了原来的方向。

    在地球上，由于引力场作用很小，时空的扭曲是微乎其微的。

    而在黑洞周围，时空的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。

    观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。

    更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。

    这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的“侧面”、甚至“后背”，这是宇宙中的“引力透镜”效应。

    我们所居住银河系的中心部位，所有银河系的恒星都围绕银心部位可能存在的一个超大质量黑洞公转。

    一项新的研究显示，宇宙中最大质量的黑洞开始快速成长的时期可能比科学家原先的估计更早，并且仍在加速成长。

    一个来自以色列特拉维夫大学的天文学家小组发现，宇宙中最大质量黑洞的首次快速成长期出现于宇宙年龄约为12亿年时，而非之前认为的20~40亿年。

    天文学家们估计宇宙的年龄约为1382亿年。

    同时，这项研究还发现宇宙中最古老、质量最大的黑洞同样具有非常快速的成长。

    如果黑洞足够大，宇航员会开始觉察到拉着他脚的重力比拉着他头的重力更强大，这种吸引力拖着他无情地向下落，重力差会迅速加大而将他撕裂（拉伸线），最终他的遗体会被分解而落入黑洞那无限致密核心。

    普金斯基和他的两个学生艾哈迈德·艾姆哈里、詹姆斯·萨利，加上该校的另一位弦理论学家唐纳德·马洛夫一起，对这一事件进行了重新计算。

    根据他们的计算，却呈现出完全不同的另一番场景：量子效应会把事件视界变成沸腾的粒子大漩涡，任何东西掉进去都会撞到一面火焰墙上而被瞬间烤焦。

    有关一个超大质量黑洞及其周围物质盘，炙热的物质团（一个呈粉红色，一个呈黄色）每一个的体积都与太阳相当，环绕距离黑洞较近的轨道运行。

    科学家认为所有大型星系中心都存在超大质量黑洞。

    黑洞一直在吞噬被称之为“活跃星系核”的物质。由于被明亮并且温度极高的下落物质盘环绕，黑洞的质量很难确定。

    基于对绕黑洞运行物质旋转速度的计算结果，37个已知星系中心黑洞的质量实际上低于此前的预计。

    根据黑洞本身的物理特性质量，角动量，电荷划分，可以将黑洞分为四类：不旋转不带电荷的黑洞：它的时空结构于1916年由史瓦西求出，称史瓦西黑洞。

    不旋转带电黑洞：称r-n黑洞。

    转动且带电荷的黑洞，叫做克尔--纽曼黑洞。

    这种结构的黑洞视界和无限红移面会分开，而且视界会分为两个（外视界r+和内视界r-），无限红移面也会分裂为两个（rs+和rs-） 。

    外视界和无限红移面之间的区域叫做能层，有能量储存在那里。

    越过外无限红移面的物体仍有可能逃离黑洞，这是因为能层还不是单向膜区。

    （其中，m、j、q分别代表黑洞的总质量、总角动量和总电荷。a=j/mc为单位质量角动量）

    单向膜区内，r为时间，s是空间。穿过外视界进入单向膜区的物体，将只能向前，穿过内视界进入黑洞内部。内视界以里的区域不是单向膜区，那里有一个“奇环”，也就是时间终止的地方。

    物体可以在内视界内自由运动，由于奇环产生斥力，物体不会撞上奇环，不过，奇环附近有一个极为有趣的时空区，在那里存在“闭合类时线”，沿这种时空曲线运动的物体可以不断地回到自己的过去。

    宇宙中大部分星系，包括我们居住的银河系的中心都隐藏着一个超大质量黑洞。

    这些黑洞质量大小不一，大约99万～400亿个太阳质量。

    天文学家们通过探测黑洞周围吸积盘发出的强烈辐射和热量推断这些黑洞的存在。

    物质在受到强烈黑洞引力下落时，会在其周围形成吸积盘盘旋下降，在这一过程中势能迅速释放，将物质加热到极高的温度，从而发出强烈辐射。

    黑洞通过吸积方式吞噬周围物质，这可能就是它的成长方式。

    观测结果显示，出现于宇宙年龄仅为12亿年时的活跃黑洞，其质量要比稍后出现的大部分大质量黑洞质量小9/10。

    但是它们的成长速度非常快，因而它们的质量要比后者大得多。

    通过对这种成长速度的测算，研究人员可以估算出这些黑洞天体之前和之后的发展路径。

    该研究小组发现，那些最古老的黑洞，即那些在宇宙年龄仅为数亿年时便开始进入全面成长期的黑洞，它们的质量仅为太阳的99到2000倍。

    研究人员认为这些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恒星有关。

    天文学家们还注意到，在最初的12亿年后，这些被观测的黑洞天体的成长期仅仅持续了2亿到4亿年。

    这项研究是一个已持续9年的研究计划的成果。

    特拉维夫大学主持的这项研究旨在追踪研究宇宙中最大质量黑洞的演化，并观察它们对宿主星系产生的影响。

    这样看来这个时空扭曲，才是进入另外一个平行世界的纽带！！！

    接着我又开始搜索时空扭曲的资料：时空扭曲，根据相对论的解释，当一个有质量的物体体积趋于0时，其引力会达到无法想象的地步，从而改变空间，导致光都无法在其空间里逃避，进而形成时空扭曲。

    时空扭曲是因为平行宇宙在体积趋于零的物质中会形成空间错乱，从而没有我们能理解的时间概念。

    因为人类无法进入黑洞，时空会在其引力作用下会以多维空间的概念而存在，我们的世界观是按照四维空间为基础来进行的。

    他们最近在中子星附近成功地观测到了时空扭曲现象，这再次证明了爱因斯坦时空扭曲理论的正确性。

    美国宇航局和密歇根大学的天文学家们称，在中子星周围观测到一些铁气体的线形拖尾，证明的确存在时空扭曲，并称可以据此推算出天体的大小限度。

    美国宇航局戈达德太空飞行中心和马里兰大学的研究小组成员苏蒂普-巴塔查耶表示，由于科学家们曾在黑洞甚至地球周围观测到过同样的扭曲，因此此次发现并非惊人之事，然而它对于解答物理学的基本问题意义重大。巴塔查耶说：“这属于基础物理学范畴，在中子星中心可能存在着各种奇异的粒子或物态，如夸克物质，由于我们无法在实验室进行模拟实验，因此找出答案的唯一方法就是去了解中子星。”

    通常来说，测量到的过热的铁原子光谱线应有均匀对称的峰值。

    然而，天文学家们的测量结果却显示出了歪斜的峰值，这意味着出现了相对论效应的扭曲。他们认为，气体的飞速运动（和相对强大的地心引力）导致了光谱线的扭曲，形成更长波长的拖尾。

    同时，这些测量工作使得科学家们可以判定恒星的最大尺寸。

    密歇根大学的xmm牛顿研究小组成员爱德华-卡克特说：“我们看到铁气体就在中子星表面外部飞速旋转，由于该圆盘内部显然不可能比中子星表面绕行更紧密，因此这些测量使我们可以确定中子星直径的最大尺寸。

    根据我们估算，中子星直径最大不过205英里（33公里）。”

    爱因斯坦提出的广义相对论是现代物理学的奠基石，其要义是两个物体间之所以存在引力，是因为重力场使四维时空发生扭曲。