探索黑洞

黃斌

如果一個(gè)天體質(zhì)量足夠大、體積足夠小，那么它的引力大得就會(huì)連光都逃不出去。這種天體就是黑洞。黑洞這一概念剛提出來(lái)時(shí)曾被人們稱作癡人說(shuō)夢(mèng)，但科學(xué)家的研究日益證明這種天體的確存在。一些科學(xué)家還因研究黑洞而出了名，其中最有名的一位要算英國(guó)科學(xué)家霍金了。

近年來(lái)，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了黑洞的許多新的怪脾氣。英國(guó)科學(xué)家對(duì)由巨大黑洞和小型黑洞發(fā)出的X線輻射進(jìn)行了比較研究后發(fā)現(xiàn)，盡管黑洞的大小各異、質(zhì)量也相差甚遠(yuǎn)，但在吸收周圍氣體，同時(shí)放射出X線的過(guò)程中，卻有著相同的波動(dòng)規(guī)律，如同快慢不同但演唱音調(diào)相同的“同一首歌”?？茖W(xué)家表示，這一發(fā)現(xiàn)可幫助天文學(xué)家對(duì)黑洞的X線“曲調(diào)”進(jìn)行分析并推算黑洞的質(zhì)量等特性。

“因噎廢食”是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)黑洞的另一個(gè)怪脾氣。劍橋大學(xué)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果“喂”給的物質(zhì)過(guò)多過(guò)快，黑洞有可能會(huì)“因噎廢食”。這意味著，引力強(qiáng)大無(wú)比的黑洞，可能并非擁有所假設(shè)的吞噬一切的“胃口”?？茖W(xué)家通過(guò)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)在落入黑洞過(guò)程中，先被黑洞吞下的部分還會(huì)不斷被吐出來(lái)，最終使得只有很小一部分物質(zhì)真正進(jìn)入黑洞。

兩個(gè)脾氣古怪的人相遇往往會(huì)發(fā)生激烈爭(zhēng)吵，如果兩個(gè)黑洞相遇會(huì)出現(xiàn)什么情景呢？科學(xué)家最近借助功能強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，首次模擬出了大小不一的兩個(gè)黑洞劇烈碰撞的過(guò)程。他們發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)黑洞碰撞后形成新黑洞，會(huì)釋放出極大的能量。質(zhì)量分別為太陽(yáng)的15倍和10倍的兩個(gè)黑洞相撞時(shí)，釋放出的能量將比太陽(yáng)過(guò)去50億年來(lái)產(chǎn)生的能量總和還要多出數(shù)千倍。

上述兩個(gè)黑洞相遇的過(guò)程是在計(jì)算機(jī)上模擬出來(lái)的，科學(xué)家認(rèn)為，美國(guó)和意大利的科學(xué)衛(wèi)星探測(cè)到極強(qiáng)大的一次伽瑪射線爆發(fā)有可能是兩個(gè)黑洞相遇后的結(jié)果。這次爆發(fā)在數(shù)十秒鐘之內(nèi)釋放出的能量可能相當(dāng)于1萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)在50億年里釋放能量的總和。這次爆發(fā)據(jù)認(rèn)為是發(fā)生在距地球幾十億光年的宇宙深處，其亮度比以前發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)爆發(fā)還要高10倍。假設(shè)爆發(fā)時(shí)伽馬射線是沿各方向均勻射出，則這次爆發(fā)產(chǎn)生的能量極其龐大，用現(xiàn)有理論無(wú)法解釋?？茖W(xué)家認(rèn)為，這次爆發(fā)用兩個(gè)黑洞相遇解釋比較合理。

開(kāi)始人們認(rèn)為黑洞不多，但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在宇宙尺度上，黑洞幾乎“無(wú)所不在”，僅在我們生活的銀河系就有不少。日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系中心存在24個(gè)黑洞，其質(zhì)量分別相當(dāng)于太陽(yáng)的3 200倍到125萬(wàn)倍不等。

不過(guò)，盡管黑洞很多，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的黑洞的個(gè)頭卻呈現(xiàn)出兩個(gè)極端的分布，大的很大，小的很小，缺乏中間過(guò)渡層次。大的就是超巨黑洞，一般存在于星系的中心，質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億倍。小的黑洞的質(zhì)量與太陽(yáng)基本處于一個(gè)數(shù)量級(jí)，據(jù)認(rèn)為主要由質(zhì)量相當(dāng)于太陽(yáng)10倍左右的恒星發(fā)生超新星爆炸后形成。

黑洞研究引起人們興趣的一個(gè)重要原因是，時(shí)間和空間在黑洞中消失，這意味著通過(guò)黑洞有可能將我們現(xiàn)在的時(shí)間和空間與另外一個(gè)時(shí)間和空間連接，時(shí)間旅行有可能實(shí)現(xiàn)。如果按照霍金等人的假說(shuō)，我們的宇宙不是時(shí)空四維而是十一維的話，那么黑洞有可能是通往其他七維的通道。

黑洞留下很多謎，很值得我們進(jìn)一步探索。