引语
几个世纪以来,科学家们一直在探究宇宙是如何产生以及从何而来,到了20世纪末期,天文学家们认为自己找到了正确的方向。他们发现了存在遥远宇宙深处的黑洞,那是一些具有毁灭力量的巨大深渊,它可以吞噬周遭的任何物质。科学家们认为黑洞可能就是揭开万物起始的关键,是通向未知世界的大门。那么,真实的黑洞又是怎么样的呢?
黑洞定义:由一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离的边界即视界所规定的时空区域。
黑洞的最新信息
1. 美科学家发现最年轻黑洞
美宇航局2010年11月10日在其官网发布消息称,将于当地时间11月15日12点30分在其华盛顿总部举行新闻发布会,就该局“钱德拉”X射线天文台在太空发现的异常物体进行实时转播解说。这一消息被媒体大肆渲染成NASA的发现“足以震惊全人类”。于是乎,微博上闹翻了天,有人宣称“外星同胞终于来接自己回家了”,有人说“大批外星舰队正在地球外空集结”,有人说“2012,该来的总归还是要来”……这消息最后的结局是科学家发现了一个年仅30岁的婴儿黑洞。
这个最新发现的婴儿黑洞是超新星SN 1979C的残骸物质,该超新星位于M100星系,大约距离地球5 000万光年。
2. 中国科学家制造出世界上第一个“人造黑洞”
2010年10月15 日,《科学》杂志宣布,世界上第一个“人造黑洞”在中国东南大学实验室里诞生。
不过,这个小型“黑洞”不仅不会毁灭世界,还能帮助人们更好地吸收太阳能,人们甚至可以把这种迷你“黑洞”装进自己的大衣口袋里,因为它是一个直径22 厘米的装置,有60 个同轴环,外层由40 个同心环组成。
据介绍,实验室里产生的这个人造黑洞,并不是严格意义上的黑洞,而只是一个模拟装置,这种模拟装置目前可以吸收微波频段的电磁波,在未来,它还可以吸收光。
但是除此之外,它并不能吸收任何实质的东西。它只吸收电磁波,不吸收能量。 这是一个不具有危险性的“黑洞”,不仅如此,这种装置还能在未来用于收集太阳能。在这方面,“人造黑洞”将比世界上任何一种太阳能电池板都更高效。
虽然名为“黑洞”,但和真正存在于宇宙中的黑洞还是有大差别的,这种差别并不仅仅体现在质量的大小上。两种“黑洞”的原理其实并不一样。
宇宙间的黑洞之所以能吞噬一切,是因为它质量巨大,而实验室里的“黑洞”,实际上是根据光波在被吸进宇宙黑洞时的性质模拟出来的仪器,可以令光波接近时产生相似的扭曲,并被吸引。也就是说,两种“黑洞”可以让附近的光波出现相似的“结局”,但是光波遇到的却并不是同一回事。
不过目前东南大学实验室里的“黑洞”,还只是适用于某些微波频率,比如人们常用的通信频率, 如GSM、CDMA 和蓝牙等,吸引光波还有待进一步研究,因为光波的频率更短,需要设计的“人造黑洞”尺寸也要更小些。
这样的“人造黑洞”,在未来可以用于发电。
1. 黑洞
黑洞是一种引力极强的天体,就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时,就连垂直表面发射的光都无法逃逸了,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。由于黑洞中的光无法逃逸,所以我们无法直接观测到黑洞。然而,可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。
与别的天体相比,黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它,物理学家也只能对它内部结构提出各种猜想。而使得黑洞把自己隐藏起来的原因即是弯曲的空间。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,但相对而言它已弯曲。在经过大密度的天体时,空间会弯曲,光也就偏离了原来的方向。
在地球上,由于引力场作用很小,空间的弯曲是微乎其微的。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。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。
2. 虫洞
科学家认为黑洞可能是通往其他宇宙的虫洞。如果这一理论是正确的,将会有助于解释例如黑洞信息悖论等量子难题,不过批评家指出这也会产生新的问题,例如虫洞是怎么形成的等等。有些科学家提出一个新的观点,即这些所谓的黑洞其实就是虫洞。虫洞是连接时空架构中两个不同地方的弯曲通道。如果把宇宙想象为一个二维的纸张,虫洞就是连接这张纸片和另一张纸片的小通道。也就是虫洞连向的是一个拥有自己星星、星系等的另一个宇宙。 引起空间扭曲的小球在三维世界的例子就是黑洞。黑洞事实上是存在于四维空间的一种现象,或者说,黑洞是连接三维世界与四维空间的通道。有可能通过对黑洞的深入研究,找到克服四维空间的办法,那样的话,瓦普跳跃飞行就不再是梦想了。
3. 白洞
科学家们提出设想,既然宇宙中有黑洞,那么一定存在“白洞”。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去,而白洞可以把这些东西都吐出来。科学家们设想,黑洞与白洞是连在一起的,黑洞把物质吸进去,物质在里面会经过一个叫做奇异点的东西,然后物质就到达了白洞的“管辖范围”,会被白洞“吐”出来,然后物质就到达了另一个宇宙(平行宇宙到达婴儿宇宙)。
黑洞的四个“最”
1. 最小的黑洞
最小的黑洞仅是太阳质量的3.8倍,其直径为24千米,仅比纽约曼哈顿岛大一些。尽管这个被称为“XTE J1650-500”的黑洞算是小个头,但它却是极具破坏性的“引擎”。它与其他黑洞一样,从伴星那里偷取气体,使自己升温,基于该黑洞的质量,它释放X射线的强度呈周期性变化。天文学家通过观测这种微小的变化,能够测量这颗黑洞的质量。
2. 最大的黑洞
迄今发现宇宙中最大黑洞的质量是太阳的180亿倍,是此前纪录保持者的6倍,它的质量相当于一颗小型星系。
这个庞然大物潜伏在OJ287类星体,该类星体距离地球35亿光年。2008年,天文学家通过观测一个较小黑洞(该黑洞的质量相当于太阳的1亿倍)的轨道所受这个庞然大物黑洞的引力场作用,从而测量这个超大黑洞的质量。
3. 最年轻的黑洞
美国科学家最新发现的30岁“婴儿黑洞”是超新星SN 1979C的残骸物质,该超新星位于M100星系,大约距离地球5 000万光年(是距离地球最近的黑洞)。基于1995年至2007年的观测数据,科学家推断这个年轻黑洞的成长是超新星SN 1979C或者一个双星系统提供“营养成分”。
4. 旋转最快的黑洞
黑洞并不仅仅是在宇宙空间吞噬气体,如果形成黑洞的恒星处于快速旋转,那么这个黑洞也会持续旋转。相比静止状态的黑洞,旋转黑洞能够更好地控制环绕其周围的宇宙物质盘。这个快速旋转的黑洞叫做GRS 1915+105,大约每秒旋转1 000次。这几乎是黑洞旋转的最快速度,这一速度是快速旋转恒星崩溃之前测定的。
另类理论:黑洞根本不存在
多年来,神秘的黑洞理论令众多顶级科学家心驰神往,为如何描述它而费尽心力。然而,一批美国科学家却提出全新的看法,认为所谓的黑洞根本是子虚乌有。
据报道,提出该理论的是科学家席尔德领导的哈佛—史密森天体物理研究中心的研究小组。他们观察到在距离地球90亿光年以外的宇宙间有一个类星体,它有很大的红移(光源远离观测者时,接受到的光波频率比其固有频率低,即向红端偏移)并放射出大量的蓝光,而且经常还有无线电波发出。此前科学家一直相信,类星体中央便是黑洞。
研究小组动用14部天文望远镜,对这个类星体进行前所未有的全面观察,通过分析其光谱,深入探测了其内部结构。他们发现,类星体的中央周围有一圈碟形的物质形成的洞,宽度相当于地球与太阳距离的4000倍。他们相信,那个洞是由一个强力磁场喷发出大量物质形成的,其中有许多等离子形成的奇特圆球体。
黑洞理论最早于1784年由一名英国地质学家提出,后经爱因斯坦加以确认。英国著名天体物理学家霍金也在不久前进一步确定黑洞的存在。根据黑洞理论,这个可以吞噬一切的无底黑洞是没有磁场的。科研小组据此提出,类星体中央带有磁力的等离子球体的存在就排除了黑洞的可能。该研究小组的科学家莱特表示:“我相信,这是第一个能证明整个黑洞理论错误的证据。”
美国宇航局公布最新黑洞模拟图
据报道,美国宇航局近日利用计算机仿真绘图,画出一幅黑洞的正面观测图。结果发现,黑洞的引力不但会让周遭光线异常弯曲,且附近恒星就像“照镜子”一样,形成两两对称的镜像模式。由于黑洞具有极强大的引力,会造成附近光线明显地朝着它弯曲,并在模拟画面上展现出独特的视觉扭曲。而从这张由2MASS红外天空勘测所拍摄而成的模拟图,就可看出每颗正常型态的恒星都会有两个明亮的图像,并平均对称于黑洞的两侧。
法国天体物理学家里亚佐罗表示,在原始图像中,黑洞在大麦哲伦星云中心呈现阶层状的结构,但在这些仿真图像中,“我们将黑洞设定为图像中心,在光线被引力所吸引之下,黑洞附近能看见的恒星会比在宇宙其他地方多。”
国家地理2010八大太空发现:黑洞内或存宇宙
据美国国家地理杂志网站报道,美国“国家地理新闻”网站评选出2010年八大太空探索发现,包括适居行星、怪异极光、最大满月、预测时间尽头、黑洞内可能存在宇宙以及宇宙之外可能存在未知结构在内的发现纷纷榜上有名,其中的黑洞内可能存在宇宙问鼎2010年最大太空发现宝座。
1. 黑洞内存在宇宙?
我们的宇宙就像是俄罗斯套娃的一部分,可能存在于一个黑洞之中,而这个黑洞则是一个更大的宇宙组成部分。迄今为止在我们的宇宙发现的所有黑洞——从微型黑洞到特大质量黑洞——可能都是通向另一个现实世界的大门。根据2010年4月公布的一项令人费解的研究发现,黑洞实际上是宇宙之间的通道——一种虫洞。这项理论指出,正如一些科学家所预测的那样,黑洞吞噬的物质并不会沦落成一个点,而是从黑洞另一端的“白洞”喷出。
2. 宇宙之外或存在未知结构
据研究指出,“暗流”(星系团的流动)的出现并不是偶然事件,它们的存在说明一些未知的尚未被观测到的“结构”就潜伏在宇宙以外的区域。2008年,科学家报告称发现数百个星系团朝同样方向流动,速度超过每小时360万公里。这种神秘的移动无法用当前有关宇宙内质量分布的模型解释。因此,研究人员得出一项引发争议的结论,这些星系团受到已知宇宙外的物质引力拖拽。在2010年进行的研究中,同一支研究小组发现“暗流”延伸到宇宙更深处,超过此前的报告,与地球之间的距离至少达到25亿光年。
3. 2010年最大满月
2010年1月末,东部地区迎来2010年的最大满月。满月的左侧是它的红色伴侣火星。1月的满月亮度比其他任何月份的满月高30%,视面积大14%,原因在于:此时月球与地球之间的距离最近,为356 593千米。
4. 太阳风暴打造怪异极光
2010年8月初,美国宇航局太阳动力学望远镜搭载的照相机捕获到太阳表面的一次喷发,数吨等离子体——带电气体——直接飞向地球。这种现象被称之为“日冕物质抛射”。此次太阳喷发导致怪异极光出现,所在地区与极地间的距离超过往常的极光。
5. 绿流星照亮美国中西部
2010年4月,一颗巨大的流星在美国中西部上空飞过。当地时间晚上10点15分左右,威斯康星州、爱荷华州、伊利诺斯州和密苏里州居民有幸目睹这难得一见的景象。这颗大火球暂时将夜空变成淡绿色,所产生的音爆在数百公里外的地方都能听到。芝加哥阿德勒天文馆的天文学家马克·哈默格伦在接受“国家地理新闻”网站采访时表示,根据有关流星的视频,他认为孕育流星的太空岩石的宽度可能达到约1.8米,重量可能达到约453千克以上。
6. 发现适居行星?
2010年9月,科学家宣布在太阳系发现适于居住的行星,它拥有大气层、温和地带以及对生命来说至关重要的液态水。发现适居行星的消息一经宣布便引发争议。这颗行星名为Gliese 581g,质量大约是地球的3倍。由于被母星的潮汐力牢牢锁住,它的一侧始终处于白昼,另一侧则陷入永远的黑夜。科学家表示,如果真的有外星生物存在,它们最有可能生活在白昼与黑夜的分界线一带。这个温和地带被称之为“明暗界线”。
7. 预测时间尽头
据近日刊登的一篇研究论文,一项有关宇宙起源的理论认为时间将在50亿年内走到尽头。这一预测源于“永久膨胀”理论。该理论认为我们的宇宙只是无数宇宙中的一个。这就使得计算事件概率面临问题。多年来理论家一直通过一种名为“截点”的数学方法回避这个问题。研究论文作者表示,截点这种方法带来一个被忽视的结果,它们能够预测宇宙的时间何时走到尽头。
8. 大手宇航员指甲更易脱落
根据2010年9月公布的一项研究发现,戴着航天手套在太空工作或者训练之后,手越大的宇航员指甲越有可能脱落。事实上,指甲损伤以及其他手部损伤——不管手有多大——是进行太空行走的宇航员最痛恨的事情。就目前而言,仅有的应对手段就是涂上保护性敷料,经常修建指甲或者进行预防性保养。
(本刊综合整理)
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