探索黑洞

黃斌

如果一個天體質(zhì)量足夠大、體積足夠小，那么它的引力大得就會連光都逃不出去。這種天體就是黑洞。黑洞這一概念剛提出來時曾被人們稱作癡人說夢，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科學(xué)家霍金了。

近年來，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了黑洞的許多新的怪脾氣。英國科學(xué)家對由巨大黑洞和小型黑洞發(fā)出的X線輻射進行了比較研究后發(fā)現(xiàn)，盡管黑洞的大小各異、質(zhì)量也相差甚遠，但在吸收周圍氣體，同時放射出X線的過程中，卻有著相同的波動規(guī)律，如同快慢不同但演唱音調(diào)相同的“同一首歌”。科學(xué)家表示，這一發(fā)現(xiàn)可幫助天文學(xué)家對黑洞的X線“曲調(diào)”進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)過多過快，黑洞有可能會“因噎廢食”。這意味著，引力強大無比的黑洞，可能并非擁有所假設(shè)的吞噬一切的“胃口”。科學(xué)家通過模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)在落入黑洞過程中，先被黑洞吞下的部分還會不斷被吐出來，最終使得只有很小一部分物質(zhì)真正進入黑洞。

兩個脾氣古怪的人相遇往往會發(fā)生激烈爭吵，如果兩個黑洞相遇會出現(xiàn)什么情景呢？科學(xué)家最近借助功能強大的超級計算機，首次模擬出了大小不一的兩個黑洞劇烈碰撞的過程。他們發(fā)現(xiàn)，兩個黑洞碰撞后形成新黑洞，會釋放出極大的能量。質(zhì)量分別為太陽的15倍和10倍的兩個黑洞相撞時，釋放出的能量將比太陽過去50億年來產(chǎn)生的能量總和還要多出數(shù)千倍。

上述兩個黑洞相遇的過程是在計算機上模擬出來的，科學(xué)家認為，美國和意大利的科學(xué)衛(wèi)星探測到極強大的一次伽瑪射線爆發(fā)有可能是兩個黑洞相遇后的結(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于1萬個太陽在50億年里釋放能量的總和。這次爆發(fā)據(jù)認為是發(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)的最強爆發(fā)還要高10倍。假設(shè)爆發(fā)時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)有理論無法解釋。科學(xué)家認為，這次爆發(fā)用兩個黑洞相遇解釋比較合理。

開始人們認為黑洞不多，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個黑洞，其質(zhì)量分別相當于太陽的3 200倍到125萬倍不等。

不過，盡管黑洞很多，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的黑洞的個頭卻呈現(xiàn)出兩個極端的分布，大的很大，小的很小，缺乏中間過渡層次。大的就是超巨黑洞，一般存在于星系的中心，質(zhì)量達到太陽的數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍。小的黑洞的質(zhì)量與太陽基本處于一個數(shù)量級，據(jù)認為主要由質(zhì)量相當于太陽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重要原因是，時間和空間在黑洞中消失，這意味著通過黑洞有可能將我們現(xiàn)在的時間和空間與另外一個時間和空間連接，時間旅行有可能實現(xiàn)。如果按照霍金等人的假說，我們的宇宙不是時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，很值得我們進一步探索。