2018年3月14日,偉大的物理學家史蒂芬?霍金去世?;艚鹕疤岢龊芏嚓P(guān)于黑洞的理論,給科學界留下了珍貴的研究資料,也給我們留下了很多關(guān)于黑洞的好奇和想象……黑洞也許是宇宙中最“霸蠻”但又很神秘的存在。說它“霸蠻”,是因為它太“貪吃”,可以吞噬臨近區(qū)域的任何物質(zhì);說它“神秘”,是因為真的很好奇,如果人掉進黑洞,會不會嚇得立馬“當場去世”?黑洞真的不挑食,難道不會被“撐死”嗎? 黑洞是什么?它是如何形成的? 黑洞屬于一種很奇異的天體,即使光也無法逃脫它的引力束縛,既然光也逃不出去,自然外面也看不見。別說用肉眼,就連很多高大上的科學儀器,都無法捕捉它的身影。 黑洞的形成和恒星的坍塌脫不了關(guān)系。中國古代就有記錄,某一天天空突然冒出了一顆特別亮的星星。后來我們才知道,那顆星星是因為“體重”超標,在自身重力的作用下自己塌陷了,同時伴隨著強烈的輻射,我們才看到它發(fā)出的很亮的光。 總結(jié)一下,質(zhì)量比較大的恒星,當其能量耗盡就會變成一個黑洞。那質(zhì)量小一點的恒星呢?在能量耗盡后,會變成中子星,再小點的就會變成白矮星。 對黑洞的研究始于何時? 黑洞研究已有100年歷史,愛因斯坦提出廣義相對論后,科學界開始了對黑洞的嚴肅研究。嗯?難道之前的研究都是鬧著玩的? 1783年,英國牧師兼自然哲學家,地震學之父約翰?米歇爾的人提出了一個和“黑洞”特性相近的疑問,但在當時有很多問題大家還沒弄清楚,就沒有“嚴肅對待”米歇爾的說法。 事情在1915年發(fā)生了轉(zhuǎn)變,那一年愛因斯坦廣義相對論正式發(fā)表,提出了一個大膽的假設(shè),這個假設(shè)其實就是我們今天提到的“黑洞”。四年后,1919年,英國人證明了愛因斯坦這個假設(shè)是對的 直到1967年,美國物理學家約翰?惠勒正式開始使用“黑洞”一詞。 如果人類掉進黑洞會怎么樣? 黑洞里面仍然有時間和空間,有可能黑洞真的是長生不老,而且會長得越來越大,越來越胖。 接下來是開腦洞時間:如果宇航員駕駛一艘非常結(jié)實、不會被引力壓壞的飛船進入黑洞,會發(fā)生什么呢?科學家會嚴肅地告訴你:首先,飛船是否結(jié)實不是關(guān)鍵,宇航員自己是否結(jié)實才是最關(guān)鍵的。 事實上,一旦“掉”進黑洞,宇航員會感受到沿著下落方向的巨大拉伸力,估計就像是一個人被沿著頭和腳的方向用力拉扯吧!如果他進入的黑洞的質(zhì)量比較小,宇航員會被“扯”成面條。如果他進入的黑洞質(zhì)量很大,開始進去時他可能不會有太多的感覺。但是進去之后就會一直往黑洞的中心奇異點落去,直至最后粉身碎骨, 至于接下來會發(fā)生什么或恐怖或奇妙的事情,我們就不得而知了。 黑洞這么“貪吃”,它真的能裝下這么多東西? 我們在開頭提到,黑洞會吞噬臨近區(qū)域的任何物質(zhì),不禁讓人疑惑,它真的是“肚里能撐船”,裝得下“一切”嗎? 1974年,物理學家史蒂芬?霍金提出了黑洞的輻射理論,即霍金輻射 。根據(jù)這個理論,黑洞會通過霍金輻射損失一部分質(zhì)量和能量。 雖然霍金輻射會讓黑洞“冒汗”,但是消耗的量遠遠比不上它們貪吃的量,所以也就根本無法減肥。 事實上,宇宙中的所有物質(zhì)最后都可能落入到這些貪吃的黑洞的內(nèi)部,到那時候,宇宙中就真的是漆黑一片了。 讓我們先掙脫想象,回到現(xiàn)實,嚴肅地科普一下目前關(guān)于黑洞的研究進展。 目前,人類在銀河系已發(fā)現(xiàn)近20個恒星級黑洞,而銀河系中預(yù)計共有1000萬個黑洞。我國科學家也在堅持不懈地努力,利用我國的重大科學裝置郭守敬望遠鏡(大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡,即LAMOST)去發(fā)現(xiàn)銀河系中更多的黑洞。 我們對 黑洞的研究這么上心,對科學的發(fā)展有啥意義呢? 科學家說了,對黑洞的研究就是我們要理解這方面自然規(guī)律,其中重要的方面就是理解量子力學和引力理論的關(guān)系以及黑洞在宇宙演化中的作用。 這也不是說黑洞比其他現(xiàn)象重要,只是很多人對這個感興趣,而很多東西我們又還不理解,所以進行研究。至于弄清楚后,能否實現(xiàn)時空旅行等人類美好的愿望,就是應(yīng)用問題了。 出品 | 網(wǎng)易科技《知否》欄目組 |
|