中國(guó)網(wǎng)5月12日訊 西班牙《世界報(bào)》5月10日?qǐng)?bào)道:黑洞之謎 黑洞,在幾乎沒有人感知到它的存在的時(shí)候,就存在于愛因斯坦的相對(duì)論中了。波茨坦天文臺(tái)二十世紀(jì)初的領(lǐng)導(dǎo)者、數(shù)學(xué)家和天體物理學(xué)家卡爾·史瓦西很快就會(huì)證實(shí)黑洞的存在以及它在萬(wàn)有引力中的重要性。
但二戰(zhàn)加大了他的工作難度。當(dāng)愛因斯坦發(fā)表闡述其引力場(chǎng)方程理論的文章時(shí),史瓦西正在俄羅斯的戰(zhàn)場(chǎng)上負(fù)責(zé)計(jì)算炮彈的軌跡。他自愿加入德意志帝國(guó)的軍隊(duì),但他的工作實(shí)際上微乎其微,在閱讀了愛因斯坦的工作成果后,他就立即將新的公式應(yīng)用在宇宙對(duì)象中。 最終的結(jié)論來得很快。在1916年1月——相對(duì)論發(fā)表后僅僅三個(gè)月——史瓦西將他的計(jì)算結(jié)果寄給了愛因斯坦?!拔腋铱隙?,這將在最大程度上支持他的理論?!彼诘露斫粦?zhàn)前線寫道。 但是,并非所有都符合史瓦西的計(jì)算。他的結(jié)果側(cè)重于恒星外部和內(nèi)部的時(shí)空曲率。然而在他的結(jié)論中,有一部分是愛因斯坦絕不會(huì)同意的。如果恒星的總質(zhì)量被壓縮到一個(gè)足夠小的空間,時(shí)空曲線會(huì)無限彎曲。而在這個(gè)小空間內(nèi)將會(huì)發(fā)生的是——科學(xué)歷史指出——沒有什么能夠逃脫引力,甚至光線也不可以。同時(shí)時(shí)間也會(huì)受到影響,將擴(kuò)展到零。換句話說,如果一個(gè)人在密度過大的對(duì)象附近時(shí),在外部觀察者的眼中,這時(shí)的時(shí)間是凍結(jié)的。 根據(jù)他的計(jì)算,如果太陽(yáng)的質(zhì)量被壓縮到三公里以內(nèi)的半徑中,或?qū)⒌厍虻馁|(zhì)量集中在兩英寸的彈珠內(nèi),這是會(huì)發(fā)生的。根據(jù)愛因斯坦的理論,這是根本不可能的。但他們誰(shuí)都沒有時(shí)間證明他們所說的就是黑洞。史瓦西在向愛因斯坦寫信的幾個(gè)星期后死于一種免疫疾病,那種疾病襲擊了他的皮膚細(xì)胞。史瓦西去世之后,在60年代,其他科學(xué)巨人如斯蒂芬·霍金,羅杰·彭羅斯,約翰·惠勒和弗里曼·戴森表明他的怪論可能是正確的。 與其他學(xué)科領(lǐng)域不同的是,物理學(xué)家通常其理論最好的“販賣者”,有時(shí)他們的名字是營(yíng)銷產(chǎn)品成功的真正因素。根據(jù)哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)教授布賴恩·格林在他的書《隱藏的現(xiàn)實(shí)》中披露的,事實(shí)上,由黑洞產(chǎn)生的引力深淵甚至可以捕捉光線,這意味著宇宙中的這些區(qū)域都隱藏在黑案例,因此,史瓦西的結(jié)果被命名為“暗星”。根據(jù)其結(jié)果還有人建議起名為“冷凍星”。但直到半個(gè)世紀(jì)之后,約翰·惠勒——普林斯頓大學(xué)理論物理學(xué)家,曼哈頓計(jì)劃核裂變的先驅(qū)之一,決定了了原子彈的發(fā)展方向——才開始研究這些超密集的宇宙天體。 目前在宇宙中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十個(gè)黑洞,幾乎每一周科學(xué)界在這些密集的宇宙天體的研究上都有新的突破。正像著名物理學(xué)家弗里曼·戴森解釋的那樣,“黑洞并不少見,它們不是宇宙偶然的裝飾品。黑洞是宇宙中唯一愛因斯坦的相對(duì)論可以顯示其力量和榮耀的地方。” 然而,盡管據(jù)他的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過去了近100年,盡管科學(xué)家們十分努力,對(duì)于黑洞還有許多未知之處。 對(duì)于公眾來說這可能聽起來很可怕:一個(gè)宇宙“下水道”能夠吞噬所有的物質(zhì),沒有任何東西可以逃脫,并且在每一個(gè)星系都有黑洞。 黑洞已經(jīng)在一些地方被檢測(cè)到,如距離地球超過13萬(wàn)光年的麥哲倫云。在銀河系也有。事實(shí)上,有一個(gè)是太陽(yáng)質(zhì)量的400萬(wàn)倍的巨大黑洞,被稱為人馬座A *,就在銀河系的中心。 “在銀河系有100,000億顆恒星,它們都圍繞這個(gè)夢(mèng)幻般的黑洞旋轉(zhuǎn)?!奔幽抢簫u天體物理研究所研究員豪爾赫·卡薩雷斯說,“要有這么多引力來束縛這些恒星行星,必須有一個(gè)人馬座A *黑洞,或者更大的黑洞存在。” 今年早些時(shí)候,兩個(gè)最優(yōu)秀的研究、追蹤暗物質(zhì)小組——由安德烈亞·蓋茨領(lǐng)導(dǎo)的洛杉磯加州大學(xué)(UCLA)小組和由史蒂芬·吉勒森領(lǐng)導(dǎo)的來自德國(guó)馬克斯普朗克學(xué)院的地球物理小組,宣布稱,天文學(xué)家終于能夠參加一個(gè)人馬座A *的宇宙宴會(huì):觀測(cè)表明,2014年3月或4月一個(gè)氣體云將會(huì)以最近距離經(jīng)過黑洞,并會(huì)在幾天之內(nèi)被吞噬。 但是這件天體物理學(xué)界期待已久的事最終并沒有發(fā)生。所有預(yù)測(cè)都失敗了。上周,安德烈亞·蓋茨公布了交換系統(tǒng)上的通信《天文學(xué)家的電報(bào)》,聲稱到達(dá)人馬座A *最近點(diǎn)的氣體云G2-仍然完整無缺。即使在最接近的點(diǎn),氣體云和黑洞之間的距離仍然是地球到太陽(yáng)的200倍距離。 巴塞羅那大學(xué)黑洞研究人員馬克·力波解釋說,在后續(xù)的觀察中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)點(diǎn)光源,這表明G2可能是一個(gè)氣體云,但正圍繞恒星運(yùn)動(dòng)。 科學(xué)預(yù)測(cè)表明,黑洞在銀河系中心產(chǎn)生的巨大引力可引起氣體云以每秒數(shù)千公里的速度運(yùn)動(dòng)。也就是說照這樣的速度,不到一秒鐘的時(shí)間就可以從美國(guó)到西班牙。然而,在氣體云中可能存在的恒星的引力可以使G2免于被黑洞吞噬。 “在G2中仍有一部分氣體被它撕開?!卑驳铝襾啞どw茨說,“但它最終會(huì)與人馬座A *相撞,甚至包括它內(nèi)部的恒星。問題只是我們可以觀察到事件的何種程度?!?/p> 盡管如此也已經(jīng)失去了唯一的機(jī)會(huì),來證實(shí)愛因斯坦相對(duì)論中預(yù)測(cè)的理論以及卡爾·史瓦西在1916年蘇聯(lián)戰(zhàn)場(chǎng)中的研究發(fā)現(xiàn)。 具有諷刺意味的是,盡管現(xiàn)在天體物理學(xué)家迫切地想要研究出銀河系中心的物質(zhì),但人馬座A *距離地球有26,000光年,所以科學(xué)家們正在研究的事實(shí)際發(fā)生于26000年前。 對(duì)于天體物理學(xué)家,雖然失去了一次機(jī)會(huì),但這也不是世界末日。“有可能是我們生命中的另一個(gè)機(jī)會(huì)?!绷Σㄕf,“如果它發(fā)生在15年前,因?yàn)橛^測(cè)儀器的限制,我們還無法看到?!钡拇_,空間觀測(cè)技術(shù)在最近幾年的進(jìn)步飛速。不僅體現(xiàn)在不同直徑的大型望遠(yuǎn)鏡在智利的阿塔卡馬沙漠和夏威夷的建設(shè),也體現(xiàn)在作為其他技術(shù)的基礎(chǔ)支持,加深神秘黑洞的研究。 事實(shí)上,黑洞巨大的引力拖拽著光的基本粒子:光子,使其不發(fā)出任何信號(hào),他們是不可能自行檢測(cè)到的?!昂诙纯梢栽诨顒?dòng)階段被檢測(cè)到:當(dāng)它吞噬物質(zhì)的時(shí)候?!笨ㄋ_雷斯說。如果黑洞在靜止的狀態(tài)時(shí)沒有警報(bào),“我們什么也看不到?!彼f。 然而,不論吞噬何種宇宙對(duì)象時(shí),都會(huì)產(chǎn)生巨大的引力使物質(zhì)的速度接近光速。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)就會(huì)看到類似煙花的物質(zhì)碎片,這是黑洞吞噬恒星或附近的氣體云發(fā)射出的X射線等輻射時(shí)產(chǎn)生的。目前的天文儀器可探測(cè)數(shù)萬(wàn)光年的距離。 當(dāng)吸積發(fā)生在由圓面物質(zhì)形成的黑洞中,并且彈射出的流垂直于圓面時(shí),天體物理學(xué)家可以看到煙花。 “除了紅外望遠(yuǎn)鏡或X射線望遠(yuǎn)鏡外,這些研究結(jié)果已成為可能。這要?dú)w功于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)能夠糾正圖像中使恒星變形的大氣湍流。”卡薩雷斯說。“這就像是能夠在太空中穿越層層大氣,找到智利阿塔卡馬沙漠中超大望遠(yuǎn)鏡(VLT)的位置?!?/p> 超大質(zhì)量的黑洞對(duì)公眾有極大的吸引力。但天體物理學(xué)家們通常只是發(fā)現(xiàn)一些較小的黑洞——太陽(yáng)質(zhì)量的五至十倍——它通常正在吞噬一個(gè)恒星,因?yàn)檫@樣物理學(xué)家才觀察的到。根據(jù)科學(xué)家的觀點(diǎn),如果一個(gè)黑洞的質(zhì)量等于太陽(yáng)的三倍,它就好像是一個(gè)中子星。 到目前為止,科學(xué)界已經(jīng)確定了20個(gè)黑洞。一個(gè)由豪爾赫·卡薩雷斯和馬克·力波參與的西班牙研究小組發(fā)現(xiàn)了這20個(gè)黑洞之中的6個(gè)?!拔覀兠磕昕梢钥吹酱蟾艃蓚€(gè)黑洞吸積事件?!笨ㄋ_雷斯說?!斑@是在小型黑洞中比較容易看到的事?!绷Σń忉屨f。 在超新星中一顆恒星的爆炸可能會(huì)導(dǎo)致黑洞,事實(shí)上,這已經(jīng)被科學(xué)家觀察到了。但如何形成太陽(yáng)質(zhì)量數(shù)百萬(wàn)倍、甚至幾十億倍的黑洞仍然是一個(gè)謎?!坝行┖诙词志薮?,推測(cè)可能有幾千億個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量,它們形成于宇宙的起源時(shí)期,由超巨大的恒星或超新星爆炸而成。”卡薩雷斯說。宇宙中新生的黑洞群可以解釋像人馬座A *這樣巨大的存在。 另一個(gè)謎團(tuán)是為什么黑洞的質(zhì)量如此多變:有些小型黑洞只有約太陽(yáng)質(zhì)量的5至10倍,而另一些大型的則為太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)倍,目前并沒有證據(jù)顯示有中型黑洞,即其質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的100至1,000倍。還太多的未知數(shù)。但在天體物理學(xué)和理論物理學(xué)領(lǐng)域的前沿還有更加復(fù)雜的事。在某種程度上,黑洞在宇宙中的角色與另一個(gè)物質(zhì)十分相似:暗物質(zhì)。 接下來的一年,事件視界望遠(yuǎn)鏡 (Event Horizon Telescope)項(xiàng)目,倡議建立一個(gè)全球觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)以研究人馬座A *的現(xiàn)周圍環(huán)境,將達(dá)到足夠的分辨率來區(qū)分光被拉入黑洞時(shí),何時(shí)會(huì)停止在神秘的暗物質(zhì)暈周圍。 就在三天前,來自美國(guó)的一個(gè)科研小組在銀河系的研究中前進(jìn)了一步。該小組發(fā)現(xiàn),有一恒星行在以每小時(shí)近兩百萬(wàn)英里的速度行進(jìn),這可能揭示了銀河系中最黑暗的秘密。“我們看不到的暗物質(zhì)暈,但它的引力確實(shí)作用于恒星。”研究的主要作者,猶他大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教授鄭錚說。 專家介紹,偏離預(yù)期的這個(gè)神秘的光環(huán)可能表明愛因斯坦的引力理論需要修改。但這樣說還是為時(shí)過早。在2018年,一個(gè)名為So-2的恒星將可能已最近距離經(jīng)過銀河系中心的巨大黑洞,也就是先前G2氣體云經(jīng)過的那個(gè)黑洞。這顆恒星的軌道可以測(cè)試出愛因斯坦的方程式是否正確地描述出重力在巨大黑洞附近時(shí)的數(shù)據(jù)。那個(gè)時(shí)候,偉大的德國(guó)物理學(xué)家的理論和卡爾·史瓦西的數(shù)學(xué)計(jì)算已經(jīng)過去了100年。并且,在那個(gè)時(shí)候,黑洞仍然是宇宙物理學(xué)界偉大的奧秘之一。(實(shí)習(xí)編譯:石劍) |
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