引子
宇宙中,光怪陆离的天体和现象,让我们应接不暇。星云、巨大的气泡、黑洞等,一个个“释放”着诱人的“气味”,让科学家们百思不解。例如今天的“主角”——黑洞就是这样的天体。
黑洞是一个奇怪的“引力怪兽”,它不仅扭曲了时间和空间,还拥有巨大的质量和引力,将一切可以携带“真像”的物质(例如,光)吸收,留下无限的空白给它的追随者们。现在,就让我们来盘点一下它还有哪些怪异的特质,方便人类更好的理解这个怪兽。
黑洞不是“光头”,它可能有“头发”
早在年,物理学家约翰·惠勒(JohnWheeler)提出黑洞“没有毛发”这一观点,因为黑洞巨大的引力,促使包括光在内的所有物质难以逃脱。如果使用望远镜观测这个天体,是难以用“相貌”来区分每个黑洞的,因为黑洞们长的极为相似。科学家们只能通过自转、角动量和质量,这三个要素来区分。
(图片来源:ESO/L。Calada)
时间推移到年,著名物理学家斯蒂芬·霍金(StephenHawking)提出黑洞实际上是有“头发”的,它的华丽发型由幽灵般的零能量粒子构成。近几年的观测结果也显示黑洞向外释放了大量的粒子和能量。尽管霍金的假设尚未完全得到证明,但可以帮助解决一些难以解释的奇怪现象。
黑洞会产生漂亮的“喷泉”
以前我们认为没有什么物质可以逃离黑洞巨大的引力。最近的观察结果却让人大掉眼镜,黑洞周边是大量的气体和星际尘埃,围绕着黑洞中心,就像谁从下水道流下一样。这种反复的运动会产生大量的热能,从而在灰尘和气体中扰动,进而形成类似风暴的形状。有时候,这些物质会发生喷射,类似美丽的“喷泉”。
(图片来源:NAOJ)
黑洞会“蒸发”一些能量
量子力学的发展为黑洞亚原子的粒子逃逸机制,做出了科学的解释。具体如下,在黑洞的“视野”范围内,成对的粒子不断闪烁。如果一个粒子由于黑洞引力,而被引力夺走,它会以极高的速度反作用于“同伴”,这样我们就会发现黑洞竟然出现一种类似水分蒸发的现象,一部分能量逃离了。为了纪念斯蒂芬·霍金(StephenHawking)发现这种现象,科学家们将这个现象称之为“霍金辐射”。由于能量等于质量,所以这个蒸发过程实际上会导致黑洞缩小,并导致黑洞可能在很长的时间内蒸发掉。
(图片来源:NASA)
黑洞可能被“火墙”包围
霍金辐射现象给科学家们带来了无尽的烦恼,辐射产生了量子纠缠。当其中一个亚原子粒子被黑洞“吞噬”,另一个粒子尽管逃离,但是“量子纠缠”被打破,将会释放巨大的能量。
如果按照量子力学定律推测,所有的黑洞周围都是无限的能力圈,类似一个个“火墙”。
黑洞可能会扰乱信息
很难用量子力学定律解释黑洞吞噬的质量去哪儿了,因为量子力学定律认为关于粒子的信息永远不会被破坏,但是黑洞边缘逃逸的物质应该永远消失在宇宙中,这个难题称为“黑洞信息悖论”。
迄今为止,科学家也无法解决这个悖论。最近的研究表明,在黑洞中被扰乱的信息可以通过霍金辐射传递给逃逸的粒子“同伴”,但是,仅仅是猜测,尚未找到对此悖论的明确证据。
黑洞可能就是暗物质
宇宙在诞生之初,应该产生了许多小的黑洞,因为这些黑洞的特征是不发光的大质量物体。所以一些物理学家推测这些原始的黑洞可以解释暗物质现象。
暗物质在宇宙中占比很大,也是迄今为止最为神秘的物质。但是,科学家用激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的数据进行分析,排除了黑洞的影响,因此黑洞究竟是不是暗物质,我们目前还没有足够的证据,尚需进一步研究。
黑洞可能是宇宙的“漏洞”
随着科学家们不断的观测,发现黑洞接近与无限,也就是说再多的物质无无法“喂饱”它。
那就奇怪了,它吞噬的物质都到哪里去了?一种理论猜想是黑洞具有较大的质量和引力,导致周围的时空被扭曲了,吞噬的物质会被延伸至未来,换句话说就是将这些物质送往了“未来的宇宙”。
科学家可能发现了另一个宇宙的黑洞
牛津大学数学物理学家罗杰·彭罗斯(RogerPenrose)认为,宇宙背景辐射是“大爆炸”的能量遗迹,其中包含了这些黑洞的烙印。这说明,我们的宇宙可能是一个“后来者”,很早以前存在过一个类似的宇宙,那个宇宙也有很多“黑洞”。
黑洞也可以有个人“写真”
今年年初,科学家们对外发布了黑洞的第一张个人写真,类似甜甜圈。
结语
对黑洞的研究不止于此,科学家们扔在探索和思考。在不久的将来,揭开黑洞的真实面纱对我们了解宇宙的起源和进化非常重要,对人类了解时空、突破时空的局限性也极为重要。
未来可期!
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