什么是黑洞大爆炸

什么是黑洞大爆炸
什么是黑洞大爆炸

什么是黑洞大爆炸
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然.所谓“黑洞”,就是这样一种天体：它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来.
根据广义相对论,引力场将使时空弯曲.当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出.而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面.
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等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了.到这时,恒星就变成了黑洞.说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出.实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到.
那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的.
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程.当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了.这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量.所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡.
质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星.而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量.如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩.
这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”.而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了.
与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了.例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想.那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间.我们都知道,光是沿直线传播的.这是一个最基本的常识.可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲.这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线.形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向.
在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的.而在黑洞周围,空间的这种变形非常大.这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球.所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术.
更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球.这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!
在黑洞不断增大的假设中,黑洞的生命永远不会停止.但有一个预示性的停止正是由同一位霍金做出的,他把黑洞比作一个不断充气的气球.1976年,霍金在《自然》杂志上发表文章指出,黑洞会不断蒸发直到最后爆炸而消失.
今天这种理论已被普遍认同.人们认为有可能“看到”黑洞的最后的闪烁,就是能从高能电磁波中观测到的黑洞最后爆炸时发射的y射线.
黑洞总是贪吃的,它们的终结正是由于狼吞虎咽地吃了某种消化不了的东西：带“负能”的粒子.带负能的粒子与提供正能的粒子一起来源于能层,但那些提供正能的粒子被推到了黑洞外面,而黑洞则吞下了带负能的粒子,这样它们就不得不用消耗自己能量的代价来弥补债务.因此黑洞的质量减少了,并开始了一个不断蒸发的过程.黑洞越来越小,越来越热,它的能量在空间散失,最后这个老掠夺者就爆炸和消失了.
黑洞的大小不同,蒸发程度也不相同.
现在我们换个话题,不谈从恒星坍缩产生的黑洞.科学家认为,大爆炸后立即产生出宇宙,那时形成了许多极小的黑洞：它们大小像一个质子但重量达亿万吨.质量巨大和温度极高的微型黑洞正是蒸发现象的理想发生地.
现在,这些微型黑洞多数已经消失了,但另外一些爆炸正在发生之中.据天体物理学家说,有可能利用一个正在蒸发的微型黑洞来代替我们的太阳.这个微型黑洞的质量为月球质量的1／1000,但直径只有0．0005毫米.
这样一个微型黑洞的温度为几千度,接近太阳表面温度,而且持续辐射能量的时间长达10年,如果和已知的宇宙年龄150亿年相比,时间是足够长了,如果和太阳100亿年的寿命相比,更可以说是一个永久性能源了.