宇宙三怪_黑洞、白洞和空洞

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1、萬方數(shù)據(jù)÷“帥。，罐嘲婚麟鼬崩瞎黼幽翻疊疊■■嗣麓■■■■■疊耀嘲■■婚齲鞲酶§游齲瓣i。浩瀚的宇宙高深莫測，無奇不有。其中最玄妙的莫過于存在著這樣一種“神秘的天體”：它看不見、摸不著，迄今為止的各種天文望遠(yuǎn)鏡都沒有直接觀測到它，但天文學(xué)家通過其他觀測途徑，又確信它存在于宇宙之中，并有可能主宰著整個宇宙的命運(yùn)。這種“神秘的天體”就是根據(jù)愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的一種奇異天體——黑洞，¨、，I’一=I1798年，法國天文學(xué)家拉普拉斯以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)，預(yù)言宇宙中存在著這樣一種天體：一個密度像地球、直徑比太陽大250倍的亮星。由于它自身的引力作用，將會使它的任何光線都到達(dá)不了我們這里。由于這個原因

2、，很可能使得宇宙中最大的明亮天體也會變得看不見了。他稱這種天體為“黑暗的一團(tuán)”。1916年，德國天文學(xué)家史瓦西在求解廣義相對論中引力場方程時提出，宇宙中存在著一種不旋轉(zhuǎn)、不帶電、球?qū)ΨQ的天體——黑洞。他還推導(dǎo)出有關(guān)黑洞的公式，根據(jù)這個公式，假如把太陽壓縮成一個黑洞，那么它的半徑只有3000米左右；假如把地球壓縮成一個黑洞，那么它的半徑則只有O．9厘米!這時每立方厘米的物質(zhì)質(zhì)量高達(dá)20萬億噸以上。1939年，美國物理學(xué)家奧本海默用廣義相對論研究了恒星的演化過程，正式提出了比較明確的黑洞理論。他指出，只要是一顆質(zhì)量足夠大而且保持不損耗的恒星，它就會在自身引力的作用下不斷收縮，密度越來越大，引力由

3、于距離的減小而迅速增強(qiáng)，這樣無止境收縮的結(jié)果，最后就會變成一個連光都跑不出去的黑洞。20世紀(jì)70年代，英國物理學(xué)家霍金把量子力學(xué)和廣義相對論結(jié)合起來，進(jìn)行黑洞表面量子效應(yīng)的研究，取得了豐碩的成果，使黑洞理論研究向前推進(jìn)了一大步。今天，天文學(xué)家給黑洞下的定義是：它是廣義相對論預(yù)言的一種特殊天體，其基本特征是具有一個封閉的邊界，稱為“視界”；外界的物質(zhì)和輻射可以進(jìn)入視界，而視界內(nèi)的一切卻不能跑到外面來。這里需要指出的是，黑洞不是通常意義上的U“星”，而是空間的一個區(qū)域，一種特殊的天體。由于它具有極其強(qiáng)大的引力場，以致毒任何東西(包括光)都不能從中逃逸，成為宇宙中一個吞食物質(zhì)和能量的“陷阱”。士說

4、起黑洞吞食周圍物質(zhì)(如恒星)的方式，真是有趣極了。一種是“拉面式”：當(dāng)壬一顆恒星靠近黑洞，就很快被黑洞的引力拉長成面條狀的物質(zhì)流，迅速被吸入洞中，一同時產(chǎn)生巨大的能量(其中包括x射線)。另一種是“磨粉式”：當(dāng)一顆恒星被黑洞業(yè)型些型閹h麗萬方數(shù)據(jù)本刊特薯抓住之后，就會被其強(qiáng)大的潮汐力撕得粉身碎骨，然后再吸人一個環(huán)繞黑洞的拋物形結(jié)構(gòu)盤狀體中，在不斷旋轉(zhuǎn)中，由黑洞慢慢“享用”，并產(chǎn)生穩(wěn)定的能量輻射。由此可見，黑洞并不是完全一毛不拔的“鐵公雞”。它在吞食外界的物質(zhì)和能量時，還會自發(fā)地“蒸發(fā)”——向外輻射粒子和能量。實際上，根據(jù)霍金的“黑洞三毛定理”，任何物質(zhì)一旦進(jìn)入黑洞的視界，瞬間將喪失其一切特性，

5、坍縮到黑洞中的“奇點(diǎn)”上。對外界觀測者來說，黑洞就只剩下質(zhì)量、電荷和角動量這三根“毛發(fā)”了。人類為探索黑洞付出了不懈的努力。迄今為止，天文學(xué)家已在宇宙中找到了33個黑洞存在的證據(jù)。整個字宙中究竟有多少個黑洞，目前還無從得知。據(jù)估計，僅銀河系中就可能存在lo億個黑洞。一些天文學(xué)家認(rèn)為，每個星系的中心都有一個大質(zhì)量的黑洞。還有人認(rèn)為，宇宙本身就是一個“巨大的黑洞”，因為根據(jù)相對論，90％的宇宙都會消失在黑洞中。自從哥自尼和伽利略以來，還沒有一個關(guān)于宇宙的理論具有如此的革命性。黑洞的普遍性一旦被證實，那么，“宇宙不僅比我們所了解的神秘，而且比我們所能想象的還要神秘”。我們知道，宇宙現(xiàn)在正處于不斷地

6、膨脹之中，這是“宇宙核”初始爆炸的結(jié)果，宇宙核乃是一切物質(zhì)的來源。當(dāng)宇宙中的物質(zhì)越來越稀薄時，宇宙是否會停止膨脹?天體之間的巨大引力是否會最終引起宇宙的收縮?相對論回答：是的。黑洞的存在部分地證實了它的預(yù)言，即使宇宙不會消失在一個黑洞中，也可能會消失在幾百萬個黑洞中。另外，徹底揭開黑洞之謎，還意味著給予有關(guān)人類終極命運(yùn)的思索一個明確的答案。1974年，霍金發(fā)現(xiàn)黑洞具有一種完全出乎意料的特性，即由于量子力學(xué)的“隧道效應(yīng)”，它會穩(wěn)定地向外發(fā)射粒子，考慮到這種“蒸發(fā)效應(yīng)”，黑洞就不再是絕對“黑”的了?；艚鹪谔岢觥昂诙凑舭l(fā)理論”的同時，又把量子力學(xué)和引力理論結(jié)合起來，創(chuàng)立了“量子宇宙論”。他指出，根

7、據(jù)量子力學(xué)理論，宇宙空間中充滿了粒子和它的反粒子，黑洞存在時，一個粒子可以掉到黑洞里面去，留下它的伴侶就是黑洞發(fā)射的輻射，這就是霍金提出的被人們稱為“霍金輻射”的黑洞輻射理論?；艚疬€證明，每個黑洞都有一定的溫度，而且溫度的高低與它的質(zhì)量成反比。也就是說，質(zhì)量大的黑洞溫度低，加上引力強(qiáng)、“蒸發(fā)”慢，壽命可能非常漫長；相反，質(zhì)量小的黑洞溫度高，加上引力弱、“蒸發(fā)”快，壽命可能只有短暫的一瞬間。據(jù)推測，質(zhì)量與太陽差