《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第17节

作者: 浅论物理
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  类星体,是和恒星类似的物体,相当遥远,功率极强大。被认为是即将落入黑洞中的物质所组成。1960年荷兰科学家施米发现第一颗类星体3C48。1963年发现第二颗3C273,到了80年代初共发现了1500颗 。1982中国香港的何香涛一下就发现了500颗。由于它们的红移值比任何星系都大,因而不可能是恒星。其中有些距离超过100亿光年,而每个的亮度相当于几百个星系,体积却只有太阳般大小。它为何能以如此巨大的能量发射仍然是个不解之谜。

  广义相对论认为黑洞就是宇宙中这样一种区域,进入那里的一切物质将被高度凝聚,那里的引力惊人的大,任何物质包括光和时间都无法逃逸出来。正因为如此,科学家无论用哪一种望远镜都没有办法测知这种极其巨大的天体,仅能根据间接征兆才能发现它的存在,通常通过计算机模拟的方法才能发现它们。
  现代黑洞理论始于美国物理学家奥本海默,霍金是当下公认的权威科学家。黑洞这个名词的提出是晚到1967年才由美国物理学家惠勒提出来的。
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日期:2009-11-05 08:19:18

  黑洞至少按大小分为两类:一类是恒星级黑洞,还有一类是星系级黑洞。恒星级黑洞较小,它是由质量大于50个太阳质量的巨星灭亡之后形成的,直径约20千米,它会将遇到的一切物质吞没掉。星系级黑洞的质量比恒星级黑洞大数百万倍直到数十亿倍,它一般藏匿在星系的中心位置。迄今为止,共发现了11个星系级黑洞,其质量在200万~10亿个太阳质量,黑洞的质量越大,其能量也就越大,吞噬物质的速度就越快。

  近几年有报告说,在银河系中心似乎存在巨大的黑洞。1994年2月27日哈勃望远镜摄到的室女座漩涡状气体云盘的照片,发现存在质量相当于30亿个太阳,而体积却不超过太阳系的天体,它就是一个黑洞。
  天文学家对天鹅座X—1研究发现,它应当具有10倍于太阳的质量,但却无法看到任何东西只能估计是黑洞了。在宇宙漫长的历史中很多恒星已经烧尽了它们的核燃料并早已塌缩了,因而估计目前黑洞的数目可能要比恒星的数目大得多。并且估计在大约一百亿年以后,宇宙将遍布黑洞,因为那时宇宙中大多数恒星都已烧光了燃料。
  前些年,研究人员发现了一个双星系统;并清楚地看到某种螺旋状圆盘,从和它相邻的那颗伴星中抛射出大量气态物质,天文学家惊讶地目睹这一首次发现的双星系统喷射物质的宇宙奇观,却不料没多久如同它的出现一样的突然,另一颗伴星很快在黑洞的悲剧视界内消失得无影无踪了,它再也不可能出现了,甚至连悲衰的讯息也发不出来了。

  黑洞的吞噬过程其实正是宇诞生大爆炸的逆反过程。正如同万物的生死存亡规律一样。没有恒星能永远存活下去,早晚会耗完它的全部核燃料,或变成半径几千英哩、密度达每立方英寸几百吨的白矮星;或者是半径只有几十英哩,密度更加高达每英寸几亿吨的中子星;而质量更为巨大的恒星则会塌缩成黑洞,黑洞中心是一个奇点,该处的引力场无穷大,任何进入视界的东西最终只能落到奇点上去,结果全部还原成密度极其大的最原始的粒子沉淀在黑洞深处,甚至连光线也无法逃脱如此悲惨的命运。

  遍布宇宙的黑洞正在进行这一宇宙诞生——大爆炸的逆反工作,目前的恒星将来也必然加入进行这吞噬工作的行列,并且随着时间的推延吞噬速度会越来越加剧。这也就是宇宙灭亡——大挤压的开始,……。最终宇宙的一切都塌缩成具有无限密度和无限热的单独一点,大挤压终于导致形成了体积为零的一个宇宙终结处的一个奇点。
  这个往复过程就是宇宙大爆炸理论形成的称为标准宇宙模型中关于宇宙诞生与灭亡过程的描述。这也就是宇宙生死存亡的一个周期。
  霍金指出:“科学家相信宇宙受定义很好的定律制约,这些定律在原则上允许人们去预言将来。人们实际上经常只能对未来相当短的时间作准确的预言,宇宙将永远膨胀下去呢,还是最终将会塌缩,这要按照宇宙现有密度而定。事实上现在密度似乎非常接近于把塌缩和无限膨胀区分开的临界密度。如果暴胀理论是正确的,则宇宙实际上正是处在刀锋上。”

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日期:2009-11-06 08:41:00

  第六章黑洞
  宇宙中大爆炸的理论是关于宇宙诞生的理论;而黑洞则是叙述其相反的过程——宇宙死亡的过程。
  宇宙中密度最大的天体有白矮星、中子星和黑洞。它们都是恒星死亡后的残余物。黑洞又是三者中密度最大的;并且还是整个宇宙灭亡的罪魁祸首。黑洞具有最为强大的引力,甚至光都难以从它那里逃逸出来。也正因为这,人们无法看见它故称之为黑洞。虽然黑洞的概念可以回顾到二百多年前,但是黑洞这个名字却是直到1967年才由美国物理学家惠勒提出来的。

  早在1796年法国天文学家拉普拉斯曾经预言:“一个密度如地球而直径为250个太阳的发光恒星,将不允许任何光线离开它。为此,宇宙中最大的发光天体却不会被我们看见。”爱因斯坦在1915年发表了广义相对论,其中指出了时空会向它自身弯曲。德国天文学家史瓦西根据广义相对论的原理,又对黑洞作了预言:“……存在一种不旋转、不带电、球状对称的黑洞。”他同时又指出:“构成黑洞的条件是,当天体质量与半径之比等于6750亿亿亿克比1厘米时,由于它具有了强大的引力,光和其它一切物质都不能从它上面逃逸。”具有太阳质量的中子星的逃逸速度为光速的6%,即每秒2万千米;如果其半径由30千米收缩到3千米,则逃逸速度超出光速,这时它就变成黑洞。

  广义相对论认为,凡是进入黑洞区域的一切物质,都会被高度压缩,那里面有相当大的引力,以至于什么物质都无法逃逸,甚至连光和时间也不例外。譬如,在类似于太阳系大小的宇宙空间里,所凝聚的质量就相当于30亿个太阳的质量。这时天文学家已经无法用任何一种望远镜去测知这一巨大质量的天体,那是因为它会没收一切用以探测的波源,甚至连光子也来者不拒地一个不拉地全部吞噬了;那里面是一团漆黑,黑得令人迷茫。人们只好根据间接的征兆才能判断它的存在。天体物理学家便赐以这高贵的天体尊称为“黑洞”。由于黑洞内的逃逸速度大于光速,因而黑洞通常是根本无法观察到的,只能通过计算机的模拟方法来发现它们。

  广义相对论预言,大质量恒星耗尽其核燃料时将会塌缩。霍金证明了,它们会继续塌缩成具有无限密度的奇点。对于该恒星,这个奇点就是时间的终点。霍金还说:“奇点的引力场是如此之强,甚至连光线都不能从围绕它的区域逃逸,它会被引力场拉回去。”奇点周围连光都无法从该处逃逸的区域就叫做黑洞。黑洞的边界叫做事件边界。任何掉进黑洞的东西都在奇点达到其时间的终结,结局是可悲的。

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日期:2009-11-07 08:48:10

  现代黑洞理论,始于美国物理学家奥本海默,如今英国剑桥大学卢卡逊数学教授霍金是当下公认的权威。当年爱因斯坦深为广义相对论方程所隐含的天体塌缩而感到担忧,他坚决拒绝相信这一切会发生,为此他在方程中又强行塞入了排斥引力压缩的宇宙常数项因子。从而以图造就一个绝对稳态的宇宙,仿佛和躺在绝对静止的天体上的牛顿一样可以安然自得。但是在1939年奥本海默明确指出:“一颗多于太阳两倍质量的晚年恒星在耗尽其所有的燃料时,必将会不可避免地塌缩。”很可惜,接着以后二次大战的引力卷走了奥本海默,成其为原子丨弹丨之父。而物理学论坛上、引力塌缩场中却少了他的“压力”。但是拉普拉斯和史瓦西可怕的黑洞预言,这一黑沉沉的阴影却越来越深重地笼罩着整个物理界。

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