| 黑洞是什么? 1916年廣義相對(duì)論出現(xiàn)不久，卡爾.史瓦西（Karl Schwarzchild）就求出了用以描述時(shí)空的愛(ài)因斯坦方程的一個(gè)十分有用的解。該解作為時(shí)空的一種可能的形狀，可以用來(lái)描述一個(gè)球?qū)ΨQ(chēng)的、不帶電、無(wú)自旋的物體（可能也可用于近似描述如地球和太陽(yáng)等緩慢自旋的物體）之外的引力場(chǎng)。其原理就和當(dāng)你想研究地表之外的牛頓引力而將地球視為質(zhì)點(diǎn)一樣。 這個(gè)解很象一個(gè)“公制”。它和將畢達(dá)哥拉斯公式加以歸納以給出平面上線段長(zhǎng)度一樣，此“公制”可以作為獲取時(shí)空中曲線段“長(zhǎng)度”的公式。物體沿時(shí)間（“時(shí)間的坐標(biāo)軸”）運(yùn)動(dòng)的曲線的長(zhǎng)度如果用此公式計(jì)算，就恰是該運(yùn)動(dòng)物體所經(jīng)歷的時(shí)間。公式的最終形式取決于你選擇用來(lái)描述事物的坐標(biāo)系。公式可以因坐標(biāo)不同而變形，但象時(shí)空彎曲這樣的物理量卻不會(huì)受影響。史瓦西用坐標(biāo)的術(shù)語(yǔ)表述了它的“公制”概念：在距離物體很遠(yuǎn)的地方，近似于一個(gè)帶有一條用以表示時(shí)間的附加t軸的球坐標(biāo)，另一個(gè)坐標(biāo)r用作該處的球坐標(biāo)半徑；而更遠(yuǎn)的地方，它只給出物體的距離。 然而當(dāng)球坐標(biāo)很小的時(shí)候，這個(gè)解開(kāi)始變得奇怪起來(lái)。在r=0的中心處有一個(gè)“奇點(diǎn)”，那里的時(shí)空彎曲是無(wú)限的；圍繞該點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)，球坐標(biāo)的負(fù)方向?qū)嶋H成為時(shí)間（而非空間）的方向。任何處于這個(gè)范圍內(nèi)的事物，包括光，都會(huì)為潮汐力扯碎并被強(qiáng)迫墜向奇點(diǎn)。這個(gè)區(qū)域被一個(gè)史瓦西坐標(biāo)消失的面與宇宙的其他部分分離開(kāi)來(lái)。當(dāng)然該處的時(shí)空彎曲沒(méi)有任何問(wèn)題（這個(gè)球面半徑被稱(chēng)作史瓦西半徑，稍后就會(huì)發(fā)現(xiàn)史瓦西坐標(biāo)并未消失。它是一個(gè)人為的坐標(biāo)，這個(gè)問(wèn)題有點(diǎn)象定義北極點(diǎn)的經(jīng)度時(shí)所遇到的問(wèn)題。史瓦西半徑的物理意義不在于該處的坐標(biāo)問(wèn)題，而在于其內(nèi)的方向變?yōu)闀r(shí)間方向這一事實(shí)）。 當(dāng)時(shí)的人們并未為此擔(dān)心，因?yàn)樗幸阎奈矬w的密度都達(dá)不到使這個(gè)內(nèi)部區(qū)域擴(kuò)大到物體之外的程度，即對(duì)于所有已知情況，史瓦西解的這個(gè)奇怪部分都不適用。阿瑟.斯坦雷.愛(ài)丁頓（Arthur Stanley Eddington）曾考慮過(guò)一顆死亡的恒星坍塌后可能達(dá)到這個(gè)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(bǔ)充進(jìn)來(lái)。1939 年歐文海默（Oppenheimer）和施內(nèi)德（Snyder）最終嚴(yán)肅地提出比太陽(yáng)質(zhì)量稍大幾倍的恒星在其聲明的末期可能會(huì)坍縮到這種狀態(tài)。 一旦一顆恒星的坍縮超過(guò)史瓦西坐標(biāo)消失的球面（稱(chēng)為不帶電、無(wú)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(wú)法停住時(shí)間的車(chē)輪一樣，它將一直坍縮至奇點(diǎn)。沒(méi)有任何進(jìn)入那個(gè)區(qū)域的東西可以幸免，至少在這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中是如此。視界是一個(gè)有去無(wú)回的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 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?yàn)楣鉄o(wú)法從中逃逸?；谠S多證據(jù)，天文學(xué)家有許多他們認(rèn)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(duì)其他物體的相互作用中得到；并且有時(shí)它們會(huì)發(fā)出X射線，這被認(rèn)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(duì)論――一個(gè)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(mèng)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(chēng)要“制造黑洞”解析它的神秘引力。日前，據(jù)英國(guó)報(bào)紙報(bào)道，蘇格蘭一所大學(xué)的科學(xué)家正在實(shí)驗(yàn)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(gè)黑洞實(shí)驗(yàn)的“先行者”。他計(jì)劃制造一個(gè)專(zhuān)門(mén)吸取光的光學(xué)模擬“黑洞”。他說(shuō)，他的“黑洞”由原子渦流組成，還不及一滴雨點(diǎn)那么大。他保證，此“黑洞”不同于真實(shí)“黑洞”，絕不會(huì)把大學(xué)所在的這座蘇格蘭海邊小鎮(zhèn)吸入宇宙。他說(shuō)，“我想，使制造光學(xué)黑洞的可能成為現(xiàn)實(shí)，也許就在三到五年之內(nèi)吧?！?br> 在太空里，黑洞獨(dú)具的強(qiáng)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(rèn)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(dá)了生命盡頭，自爆成無(wú)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(kāi)解愛(ài)因斯坦相對(duì)論和其他自然規(guī)律的“鑰匙”。是愛(ài)因斯坦在解釋自己的理論時(shí)，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(shí)間和空間規(guī)律將不存在。 對(duì)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(chǎng)競(jìng)賽：看誰(shuí)能第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)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(wú)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(jìn)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(shí)現(xiàn)。去年，美國(guó)哈佛大學(xué)的科學(xué)家發(fā)明了“愛(ài)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(wàn)英里，而當(dāng)通過(guò)這種冷凝物時(shí)速度卻降低到了每小時(shí)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(shí)，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(xiàng)目的許多科學(xué)細(xì)節(jié)還有待克服，但理論上來(lái)說(shuō)是可行的。 |
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