探索宇宙4黑洞不是洞，只能進不能出的洞原來是特殊天體

06-13

為了研究太空中看不見的光線，美國宇航局研製發射了高能的天文觀察系統。在其發射的X射線宇宙照片中，天文學家發現了最驚人的一幕：那些人們認為已經泯滅了的星體依然放射出比太陽這樣的恆星更為強烈的宇宙射線。這證明了長久以來人們的一個大膽的設想：宇宙中確實存在著看不見的「黑洞」

什麼事黑洞？要解釋這個問題，我們要從萬有引力談起。

牛頓的萬有引力定律認為，地球和宇宙間的一切天體，都具有強大的相互吸引力，它們能牢牢地吸引住附近的一切物體。比如地球的引力吸引著地表的物質使之不能隨意離開地球；人們要把衛星送上剛好可以繞地球轉動的軌道，不會脫離軌道也不會折回地球，至少需要8千米每秒的速度。我們把這個速度稱之為第一宇宙速度；如果我們要把一個飛船送到火星上去，需要徹底擺脫地球引力，衝過繞地球轉動的軌道，就需要11千米每秒的速度，我們稱之為第二宇宙速度，也稱之為表面脫離速度。不同的脫離速度需要的速度不同，與天體的質量密切相關。

那麼人們就會好奇，宇宙中是否有一種天體的質量超級大，表面的脫離速度超過了光速，需要30萬千米每秒，引力強大到光都跑不出來？

1798年，法國天文學家拉普拉斯從牛頓力學出發，語言了宇宙中可能存在引力超級之大的天體。他認為「宇宙中最明亮的天體，很可能我們根本就看不到它」。他大膽的假說，如果有一個天體的密度或質量足夠大，大到一個極限，這時很可能是不可見的。因為光速低於表面脫離速度，無法離開天體到達我們這裡。他的預測就是一種早期的黑洞理論。

近代以來，愛因斯坦發飆了廣義相對論，越來越多的自然科學家從牛頓力學和廣義相對論出發，得了類似的結論，紛紛語言「黑洞」的存在。科學家們提出，一個球形的天體，一旦質量超過太陽的2倍，就可能引發「引力崩潰」。也就是說，它可能會向自己的中心引力坍縮，成為一個體積無限小，質量無限大的質點。根據廣義相對論，德國科學家史瓦西計算出一個可能具備無窮大引力的天體半徑。他進一步闡述說，一個天體一旦半徑達到這個值，就很有可能有無限大的引力，包括光在內的一切物質都擺脫不了它的引力。這個有能力把一切吸引住的地方，人們無法看到它，因而稱之為黑洞。

當今的科學家們更加確切的定義黑洞，他們認為黑洞是廣義相對論能夠預言的一種特殊天體。這種天體有一個封閉的邊界叫做「視界」，這是它的基本特徵。視界的封閉也是相對而言的，外界的物質和輻射可以進入視界，而視界內部的一切都無法逃脫到外面。光線也出不來，人們就看不到它，這就是黑洞之所以「黑」的原因；任何東西進入就無法出來，黑洞彷彿永遠處於飢餓狀態，猶如「無底洞」，有人形象地把它稱為「星墳」。

人們已經不再質疑是否有黑洞，那麼黑洞裡面的情況如何呢？由於目前對黑洞還沒有直接的觀測依據，科學家們只能從理論上推測。假如有一位無畏的科學家乘坐飛船飛向黑洞去，他最先感到的是巨大的吸引力。他要是從窗口望出去，就會看到一個平底鍋似圓盤在周圍星光的襯托下很顯眼。走的跟近，元芳似乎有「地平線」，發出X射線，那似乎深不見底的黑洞便是被這「地平線」包圍著。

光線在黑洞附近變形，成為一個光環。宇航員這時要返航是不可能的了，雙腳受到巨大的引力使得他像黑洞中飛去。他如同坐在刑具台上，頭和腳之間存在著巨大的引力差，這巨大的引力差早在距離「地平線」4800千米之外的地方把他撕碎了。

科學家一直在尋找證明黑洞存在的證據。黑洞本身不能被直接觀測到的，但它的引力相當之大，會影響附近的天體的運動。於是人們找到了間接觀測黑洞的方法，那就是由附近天梯的運動來推測黑洞的存在。如果有物質落向黑洞，當它接近但還沒有到達視界時，就會圍繞著黑洞外圍做告訴旋轉，運動軌跡呈現盤狀或是喇叭狀，而這些物質在高速旋轉時會因為摩擦產生高溫，同時釋放出強大的高能X射線。人們用儀器可以探測到X射線的，所以這類高能輻射也成為證明黑洞存在的重要線索。

經過人類科學家不斷探索，終於發現了「天鵝X-1射線源」，有一顆比太陽大20倍的亮星和它相互圍繞著旋轉。估計這個X射線源便是一個黑洞，而且這個黑洞大概擁有8倍太陽的質量。人們還估計，在一個叫M87的橢圓星系的核心，很可能有一個質量巨大的黑洞，而它有90億倍太陽的質量。

從這個結了果出發，科學家們大膽地做了個更深一步的設想。他們而認為，在整個宇宙中，普遍存在著黑洞，而且組成宇宙的主要天體很有可能就是黑洞。他們還進一步預言，在銀河系中心，很有可能也存在著一個質量相當於500萬個太陽質量的巨大黑洞。正是由於它的巨大的引力，才將銀河系中成千上萬的恆星吸引住，這些恆星和氣體的運行速度極快，而且都圍繞著銀河系中心旋轉，成為一個十分巨大的集合體，銀河系由此而成。

那麼，什麼原因導致宇宙中的黑洞形成呢？有人認為，恆星到了它的萬年，耗盡全部的核燃料，由於自身引力發生坍縮。如果坍縮物質的質量比太陽大3倍，那麼最終的坍縮產物就是黑洞。此類黑洞的質量一般不會很大，不超過太陽質量的50倍。另外有人還認為由於在星系或球狀星團的中心部分密集分布了很多恆星，以致於星和星之間極易發生大規模的碰撞，導致超大質量天體的坍縮，質量超過太陽1億倍的黑洞就這樣形成了。還有一種說法認為，也許是在宇宙大爆炸時，產生了極為強大的力量，一些物質被如此強大的力量擠得非常緊密，於是產生了「原生黑洞」。

一旦證實了黑洞的普遍存在，那麼宇宙不但神秘如同我們的想像，甚至神秘超乎我們的想像。我們知道宇宙仍處於不斷的擴張中，這是宇宙大爆炸的結果，爆炸中心的宇宙核是一切物質的來源。宇宙是否會在宇宙核的物質變得很稀薄時停止擴張？是否會因為個天體的自身引力而導致收縮？相對論的回答是肯定的，黑洞的存在部分地證實了相對論的判斷。也許宇宙不會消失在一個黑洞中，那麼很可能會消失在幾百萬個黑洞中。因此，徹底揭開黑洞之謎，還關係著人類對宇宙歸宿的追問。

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