| 黑洞是什么? 1916年廣義相對論出現(xiàn)不久，卡爾.史瓦西（Karl Schwarzchild）就求出了用以描述時空的愛因斯坦方程的一個十分有用的解。該解作為時空的一種可能的形狀，可以用來描述一個球?qū)ΨQ的、不帶電、無自旋的物體（可能也可用于近似描述如地球和太陽等緩慢自旋的物體）之外的引力場。其原理就和當你想研究地表之外的牛頓引力而將地球視為質(zhì)點一樣。 這個解很象一個“公制”。它和將畢達哥拉斯公式加以歸納以給出平面上線段長度一樣，此“公制”可以作為獲取時空中曲線段“長度”的公式。物體沿時間（“時間的坐標軸”）運動的曲線的長度如果用此公式計算，就恰是該運動物體所經(jīng)歷的時間。公式的最終形式取決于你選擇用來描述事物的坐標系。公式可以因坐標不同而變形，但象時空彎曲這樣的物理量卻不會受影響。史瓦西用坐標的術(shù)語表述了它的“公制”概念：在距離物體很遠的地方，近似于一個帶有一條用以表示時間的附加t軸的球坐標，另一個坐標r用作該處的球坐標半徑；而更遠的地方，它只給出物體的距離。 然而當球坐標很小的時候，這個解開始變得奇怪起來。在r=0的中心處有一個“奇點”，那里的時空彎曲是無限的；圍繞該點的區(qū)域內(nèi)，球坐標的負方向?qū)嶋H成為時間（而非空間）的方向。任何處于這個范圍內(nèi)的事物，包括光，都會為潮汐力扯碎并被強迫墜向奇點。這個區(qū)域被一個史瓦西坐標消失的面與宇宙的其他部分分離開來。當然該處的時空彎曲沒有任何問題（這個球面半徑被稱作史瓦西半徑，稍后就會發(fā)現(xiàn)史瓦西坐標并未消失。它是一個人為的坐標，這個問題有點象定義北極點的經(jīng)度時所遇到的問題。史瓦西半徑的物理意義不在于該處的坐標問題，而在于其內(nèi)的方向變?yōu)闀r間方向這一事實）。 當時的人們并未為此擔(dān)心，因為所有已知的物體的密度都達不到使這個內(nèi)部區(qū)域擴大到物體之外的程度，即對于所有已知情況，史瓦西解的這個奇怪部分都不適用。阿瑟.斯坦雷.愛丁頓（Arthur Stanley Eddington）曾考慮過一顆死亡的恒星坍塌后可能達到這個密度，但從審美的角度出發(fā)不太愉快地將其拋棄了，并人為應(yīng)該有新的理論補充進來。1939 年歐文海默（Oppenheimer）和施內(nèi)德（Snyder）最終嚴肅地提出比太陽質(zhì)量稍大幾倍的恒星在其聲明的末期可能會坍縮到這種狀態(tài)。 一旦一顆恒星的坍縮超過史瓦西坐標消失的球面（稱為不帶電、無自旋物體史瓦西半徑或“視界”）它就不可避免地繼續(xù)坍縮下去。同你無法停住時間的車輪一樣，它將一直坍縮至奇點。沒有任何進入那個區(qū)域的東西可以幸免，至少在這個簡單的例子中是如此。視界是一個有去無回的轉(zhuǎn)折點。 1971年約翰.阿奇貝爾德.威勒（John Archibald Wheeler）命名這樣的事物為“黑洞”，因為光無法從中逃逸。基于許多證據(jù)，天文學(xué)家有許多他們認為可能是黑洞的候選天體（其證據(jù)是：它們的巨大質(zhì)量可以從其對其他物體的相互作用中得到；并且有時它們會發(fā)出X射線，這被認為是正在墜入其中的物質(zhì)發(fā)出的）。但我們這里所講述的黑洞的性質(zhì)純屬理論，它們基于廣義相對論――一個目前尚被證明為正確的理論。 黑洞是宇宙中最具破壞性的現(xiàn)象，它夢魘般的巨大引力可以吞噬宇宙里的任何東西，因此人們常常寄希望于在它身上發(fā)現(xiàn)宇宙的奧秘。如今，有人聲稱要“制造黑洞”解析它的神秘引力。日前，據(jù)英國報紙報道，蘇格蘭一所大學(xué)的科學(xué)家正在實驗室里，積極著手于這一制造模擬“黑洞”的工作。 蘇格蘭圣·安德魯斯大學(xué)的理論物理學(xué)教授里昂納特就是這個黑洞實驗的“先行者”。他計劃制造一個專門吸取光的光學(xué)模擬“黑洞”。他說，他的“黑洞”由原子渦流組成，還不及一滴雨點那么大。他保證，此“黑洞”不同于真實“黑洞”，絕不會把大學(xué)所在的這座蘇格蘭海邊小鎮(zhèn)吸入宇宙。他說，“我想，使制造光學(xué)黑洞的可能成為現(xiàn)實，也許就在三到五年之內(nèi)吧。” 在太空里，黑洞獨具的強大引力可以吞噬一切物質(zhì)和能量，其中也包括光。宇航員和物理學(xué)家都認為，在距離地球好多光年之處，存在星星的死亡之地。在那里，星球們到達了生命盡頭，自爆成無數(shù)密集的小碎片，形成引力旋渦。 科學(xué)家們相信，被旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)和能量旋渦所包圍的黑洞，一定包含著開解愛因斯坦相對論和其他自然規(guī)律的“鑰匙”。是愛因斯坦在解釋自己的理論時，首先提出了黑洞的存在———宇宙的一部分，在那里，通常意義上的時間和空間規(guī)律將不存在。 對于黑洞的好奇和資料匱乏已經(jīng)在世界科學(xué)界激發(fā)起一場競賽：看誰能第一個在實驗室里建立起“黑洞”的安全工作模型。而里昂納特和他的同事們無疑已走在前列。 他們的“光學(xué)黑洞”是由冷凍的原子被激發(fā)、快速旋轉(zhuǎn)進入試管后形成的。然后，科學(xué)家必須再使旋渦的速度降低到光速水平，以吸引光。 減慢光速，這在以前是幾乎不能想象的事情，而現(xiàn)在業(yè)已實現(xiàn)。去年，美國哈佛大學(xué)的科學(xué)家發(fā)明了“愛因斯坦冷凝物”，一種介于液體和氣體之間的低溫物質(zhì)。光線一般的速度是每秒１８．６萬英里，而當通過這種冷凝物時速度卻降低到了每小時３８英里。 里昂納特他們自信，還可以把光速降低到每秒１英寸。那時，他們的原子旋渦只需以每秒幾英尺的速度旋轉(zhuǎn)，就能把光線吸引入洞。 一些科學(xué)家指出，雖然該項目的許多科學(xué)細節(jié)還有待克服，但理論上來說是可行的。 |
