为什么黑洞是宇宙中最可怕的东西?

发布时间:2020-11-10 16:27:25
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来源:新浪科技
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据国外媒体报道,在宇宙中,却是没有什么比黑洞更可怕了。

黑洞,是宇宙中一处引力极其强大的区域,任何物质都无法从中逃离。最近,黑洞这个话题也时常见诸报端。2020 年诺贝尔物理学奖一半授予罗杰 · 彭罗斯,获奖原因是他的数学工作证明黑洞是爱因斯坦引力论的不可避免结果。安德里亚 · 格兹和莱茵哈德 · 亨泽尔共享了另一半诺贝尔物理学奖,获奖理由是他们发现银河系的中心是一个巨大的黑洞。

黑洞尤其可怕的理由有三。如果你掉入一个恒星死亡时形成的黑洞,你将会被撕碎;同样地,所有星系中心的超大质量黑洞仿佛永远都是饥肠辘辘;以及,物理定律在黑洞内不再适用。

克里斯 · 英佩研究黑洞已有 30 多年,尤其专注研究潜伏在星系中心的超大质量黑洞。大多数情况下,这些黑洞处于非活动状态。但是,一旦活跃起来,它们会吞噬恒星和云气,靠近黑洞的区域会比该区域所在的整个星系都更加耀眼。有活跃黑洞的星系,我们称之为类星体。尽管过去数十年我们已经掌握了大量有关黑洞的信息,但仍有许多谜团等待我们去解决。

死于黑洞一颗大质量恒星死亡时,可能会形成黑洞。恒星的核燃料用尽之后,其核心塌缩成为密度极大的物质,是原子核密度的一百倍还多。在如此大的密度之下,质子、中子和电子不再是离散的粒子。由于黑洞漆黑一片,所以我们只能在黑洞绕一颗正常恒星运行时,才能找到它。正常恒星的特性可以让天文学家推测出该恒星的黑暗伴星——黑洞的特性。第一个被发现的黑洞是天鹅座 X-1,也是天鹅座星座中最明亮的 X 射线源。

黑洞是物质的坟墓;任何物质,甚至是光,都无法逃离黑洞。任何人掉入黑洞,等待他的命运将是一段非常痛苦的 “意大利面条化”过程。这是斯蒂芬 · 霍金在《时间简史》中提出的一个有趣比喻。在意大利面条化过程中,黑洞的巨大引力会把你拉得很长,把你的骨骼、肌肉、筋骨乃至分子一个个分开。但丁的诗歌《神曲》中刻在地狱之门上的文字——“入此门者了断希望”,非常生动地描绘了这个过程。

每个星系中的饥饿怪物在过去 30 年中,人们借助哈勃太空望远镜观测到,所有星系的中心都有一个黑洞。星系越大,黑洞也越大。

大自然知道如何制造出质量天差地别的黑洞,从数倍于太阳质量的恒星残骸到几百亿倍太阳质量的怪物等等。这之间的差距,好比一只苹果和吉萨金字塔之间的差距一样。

就在去年,天文学家发布了有史以来第一张黑洞照片和其事件视界。这是位于 M87 椭圆星系中心的一个质量为 70 亿太阳质量的巨兽。

它比我们银河系中心的黑洞还大一千倍。这些黑洞大多数时候都是漆黑一片,但是当它们的引力吸引附近的恒星和云气时,它们会爆发出剧烈的活动并释放大量辐射。大质量黑洞的危险性存在于两方面。首先,如果你靠得太近,巨大的引力会将你吸入黑洞。其次,如果它们正处于活跃的类星体阶段,你可能会被高能量辐射烤焦。

类星体有多明亮?想象一下,夜晚,你盘旋在洛杉矶这样的大城市上空。汽车、房屋和街道的灯光就是星系中的恒星。以此类推,活跃状态的黑洞就好比洛杉矶市中心一个直径 1 英寸的光源,却照亮整座城市。类星体是宇宙中最耀眼的天体。

奇怪的超大质量黑洞迄今为止,人类发现的最大黑洞的质量是太阳质量的 400 亿倍,或者说是太阳系直径的 20 倍。太阳系外行星的轨道周期是 250 年,而这个超大质量天体却可以每三个月旋转一周。它的外边缘的移动速度是光速的一半。和所有黑洞一样,超大黑洞也隐藏在事件视界背后,让人无从知晓其真面目。而黑洞的中心则是一个奇点,即密度无限大的一个点。我们无法了解黑洞的内部,因为物理定律在这里不再适用。时间在事件视界处冻结,引力在奇点处变得无限大。

但有一个好消息是,如果你掉入一个超大质量黑洞,你可能有幸存活下来。和小一点的黑洞相比,虽然它们的引力更强,但张力却弱一些,所以不会要了你的命。坏消息是,事件视界犹如深渊的边缘。一旦进入了事件视界之后,再想出来绝无可能。所以,你掉入其中之后,即便没有死,也逃不出来,更不用说向别人讲述自己的经历。

根据斯蒂芬 · 霍金的说法,黑洞正在缓慢地消失。在宇宙的遥远未来,所有恒星都死去之后,所有星系在加速的宇宙膨胀作用下越来越分散之后,黑洞将是宇宙中最后留存的天体。

最大的黑洞可能需要很长时间才会消失。而这个很长时间,接近永恒。换言之就是,宇宙中最可怕的天体近乎永恒存在。

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