层层透视大宇宙黑洞

来源 :中国科学探险 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sjzm2009
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  宇宙是很奇怪的,但是如果一定要选出最奇怪的——那绝对是黑洞。
  黑洞是宇宙里最神秘的物体,它巨大的引力,使其成为宇宙里摧毁力最强的物体,它撕开一颗恒星只要几秒钟。
  但它们并不是可怕的、危险的东西,它们是宇宙里最神秘的部分。
  为了解开黑洞的秘密,我们会对它进行层层解密,也许将来有一天——人类将可以在黑洞里旅行。
  如果你掉进一个黑洞,你的运动速度会越来越快,最终你会达到光速。
  在这里,空间和时间都会崩解,不会以我们理解的方式运行。
  我们之所以说黑洞是黑的,是因为光无法在黑洞里射出来。这是一条单行道,光能进去,但是出不来。黑洞是宇宙里最具力量的物体,有能力摧毁整个世界。物质会变热、会被撕裂,它会掉进宇宙里这个没有边界的深洞里,但是黑洞除了混沌和毁灭,还有另外一面,我们对黑洞了解得越多,就越能理解到它们在我们的宇宙里的真正用途。
  黑洞是里面究竟发生着什么,其实我们并不知道, 我们面对的是目前人类的大脑不能理解的东西。它们就像组织者,能把东西聚在一起,新发现会不会改变我们对黑洞的看法?是时候改变一下看法了,黑洞不仅仅是一片黑暗。去掉笼罩在外部的甜甜圈形状的冷尘,就会露出由宇宙碎屑构成的巨大圆盘,它每小时旋转几百万公里,这里就是黑洞享用盛宴的地方。气体、尘土、行星和恒星的碎片全都坠入黑洞张开的血盆大口,这里叫做“黑洞表面”。这是一个彻底黑暗的球体,一切光线都无法逃脱,在它的内部,我们所了解的宇宙规则并不适用。
  30年前,黑洞是纯粹的理论,是爱因斯坦提出的数学假设,但现在我们知道它们是真实的。在夏威夷最高的山峰莫纳克亚山上,凯克天文台的天文学家詹姆斯·莱克正在研究人马座A星——一个超大质量黑洞。人马座A星的质量相当于我们的太阳的四百万倍,离地球只有26000光年的距离,这样一个巨大的黑洞竟然离我们这么近,这是非常独特的,因为其他的超大黑洞都离我们非常遥远,在银河系之外的其他星系。
  要到詹姆斯·莱克位于山上的办公室需要沿着陡峭弯曲的土路爬行4200多米。今天,詹姆斯要让凯克天文台300吨重的望远镜做好监控人马座A星的准备,每天晚上都需要20个人组成的团队才能让这个大家伙运作起来, 这是一台十分复杂的机器。
  地球大气不断地运动,这会让光线弯曲、让星星看上去很闪耀、这种美丽的失真,会让科学家没法看清楚银河。但是凯克天文台的团队解决了这个问题。夜幕降临,詹姆斯会朝上空的大气80公里的地方射出一道明亮的激光,我们会拍下激光回归时的画面,它会因为大气而变得模糊,跟自然的星星一样。通过调节望远镜的镜子,詹姆斯能让光线聚集,这样他就可以调校望远镜,避免光线影响,给银河里的物体拍下最清晰的照片。
  这是天文学的一场革命,这是我们梦想了许多年的科技,它改变了全局,如今我们能看到以前看不到的东西。詹姆斯和他的团队有惊人的发现,它改变了我们对黑洞运转方式的理解,他们在人马座A星附近侦测到一个神秘物体——它叫G2——这是一团星际气体构成的云雾,里面可能有一颗星,它的未来很渺茫。科学家认为,这个黑洞会把一部分云雾弹入太空,然后把剩下的部分吞噬,变得更庞大,更强大。队员们很快就会第一次看到黑洞吞噬物体,一个叫做人马座A星的黑洞即将撕碎并吞噬一个叫G2的气体云团。
  为什么黑洞有这么庞大的力量?它们是怎么形成的?是什么给了黑洞这种摧毁整个世界的力量?
  黑洞的形成是一个大质量恒星死亡诱发的,需要一颗体积至少相当于太阳8-12倍的恒星。这种大质量的恒星能制造出相当于太阳几百万倍的能量,几秒钟内释放的能量就相当于太阳一整年发出的能量。这些是特超巨星是宇宙里最大的恒星,当它们用完了能源就会开始死去,当它们无法再承受自身的重量,它们就会崩溃并释放出巨大的能量。这样造就的超新星无比强大,仅次于宇宙大爆炸。剩下的内核会继续崩溃、挤压,变成空间内的一个点,比一个原子还要小,黑洞就诞生了。
  人马座A星会不会是银河的中心?在洛杉矶,一支科学家团队想攻克这个问题。经过20年的研究,他们发现了人马座A星的惊人之处。通过测量,他们发现这些恒星都在绕着黑洞运动,但是它们旋转的时标都不一样。人马座A星巨大的重力把所有这些恒星控制在它周围的轨道里,去除银河里的粉尘和气体我们会发现这些星体并不是唯一,银河里的每个物体都围绕着空间中的某一个点旋转。超大质量黑洞人马座A星,它是我们星系的中心、银河的主人。
  超大质量黑洞一点都不稀有,它无处不在,在我们可以观测到的宇宙里有几千万,甚至几亿个星系, 而每个星系的中央都有一个超大质量黑洞。太疯狂了,还有更好的发现。超大质量黑洞不但能帮助这些星系固定自己的位置,还能创造星系。超大质量黑洞强大的重力能把经过的恒星拉进自己的轨道,它们的质量叠加起来会吸引越来越多的恒星,然后慢慢形成了我们今天看到的星系。中央是一个超大质量黑洞,它是星系的掌控者,也是缔造者,这迫使我们重新分析星系最初是怎么形成的,也让我们重新评估黑洞在宇宙中扮演着什么角色。
  有了黑洞,才能有星系;有了星系,才能形成恒星;有了恒星,才能形成行星;有了行星,才能支持像我们这样的生物,所以黑洞是我们存在的一个根基。
  黑洞形成了我们的宇宙,但是它们会不会威胁到我们星系的未来呢?我们的宇宙看起来宁静而祥和,但是表象是有欺骗性的。当你从地球观察太空,觉得看上去美丽而宁静。但是宇宙里是非常狂暴的,有些恒星在爆炸、有些星系在碰撞,所以我认为自己被宇宙中的精彩演出包围着。我们的星系银河系领衔主演着宇宙中最跌宕起伏的一场戏,再过40亿年, 银河系会撞上离我们最近的星系——仙女座星系。银河的速度是每小时40万公里,这两个星系会开始融合为一个新的超级星系叫做“银河仙女星系”,科学家预测两者的黑洞会发生碰撞。
  在宇宙的各个角落,黑洞的撞击是很普遍的。但是由于它们黑暗的性质,我们没法看到这些碰撞发生时的情况。当银河系中央和仙女座星系中央的黑洞融合,它们会制造一个庞然大物,这会是一个超级强大的黑洞能吞噬几百万颗恒星,幸存下来的恒星会在新主人的控制下进行残酷的重组。黑洞极强的万有引力会把很多行星甩进新的轨道,让很多恒星发生碰撞,到时候会是一片混乱,只剩下一个黑洞控制着几万亿恒星和行星的命运。   科学家们已经发现了黑洞如何形成各个星系,如何统治它们,但还是有一个大谜团——黑洞内部深处究竟在发生着什么。
  在苏格兰,科学家在进行一场试验,希望能揭开黑洞表面另一侧究竟是什么。丹尼尔·法齐奥没有使用望远镜,他也不是宇航员,他在实验室里自己制造黑洞。他使用的是光,“我们有极其强大的激光,它能逼迫光听我们的话,让光像液体一样流动。”黑洞附近的空间也像液体一样流动,它像往下游流淌的河流一样朝着黑洞表面移动。
  法齐奥把光逼进一个狭窄的漩涡,就像物质坠入了一个真正的黑洞。他已经有了科学突破,当他把一道光波朝着一个黑洞射过去,奇怪的现象发生了,我看到了一些波,它们不动,就好像在我们制造的这个黑洞的边界冻住了一样。这些被冻住的波证明了一个推断,爱因斯坦著名的理论——相对论。爱因斯坦认为在靠近黑洞的地方重力会把时间延展开,一秒钟会膨胀成好几年甚至几个世纪。从远处看的话,这些物体的时间就像是冻住了,这跟法齐奥试验的黑洞里看到的是完全一样的。他相信空间中也发生着同样的事,如果你从相对较远的地方看到一艘宇宙飞船或者一个人掉进黑洞,这种情况下你不会看到这个人通过黑洞表面,你会看到他们靠近黑洞表面,然后在我们看来,时间就像慢了下来,我们会看到他们速度变慢,最后永远凝固在黑洞表面。但是飞船里的宇航员却不会注意到时间被拉伸了,他们感受到的重力变化跟周边环境相同,对他们来说,重力把他们拖向黑洞表面的时候,时间和在地球上没什么两样。
  有了这些新的科学知识,我们就终于可以解释黑洞内发生了什么了,而现在,黑洞表面另一边的一切仍然是谜团。有些人认为那里是一个炼狱,它可能是一道巨大的火墙,所有的东西都一下子被吸进去,然后气化,发生一场大爆炸;另一些人预测 那里会有“奇点”,也就是所有的空间和时间都汇聚成一个点,时间也是一样,时间会停止。有些人认为黑洞会把一切进入的物体拉成一条线,如果你的脚先进入黑洞,那么脚上的重力会比头部的重力大得多,你会被延展成一条又长又细的条状物,直到最后连你的分子也会被扯裂,原子破碎,也就是说进入黑洞后你会变成细细的一条蒸汽。
  黑洞挑战了我们的理解极限,但是从理论上来说,还有比黑洞更奇怪的可能,那就是颠倒的黑洞——白洞。
  白洞不会吸入物质,而是吐出物质,像一个疯狂的能量火山。白洞会为人类打开新的领域,黑洞和白洞最惊人的性质之一是:有时它们会以虫洞的形式互相连接。当发生这种事的时候,你从宇宙的一个地方进入黑洞,然后从一个白洞走出来,来到一个完全不同的地点。所以从本质上来说,黑洞把你吸进去,白洞再把你吐出来。
  如果这样的桥梁真的存在,它可以提供一个诱人的机遇——我们能不能通过这些虫洞旅行?这样的旅程会是什么样?曾经它们只存在于科幻作家最疯狂的梦里,但是现在科学家认为虫洞是真实存在的,它们也许会给空间探索带来革命。虫洞的好处在于,它能让我们一瞬间就穿过超远的距离。想象一下,如果我从银河中的某个点出发,假设是纸上的这一个点,我想去仙女座星系,也就是这一点,两点相距两百万光年,就算我以光速行驶也需要两百万年。但是有了虫洞,你就可以充分地把空间扭曲,几乎不用花费任何时间就能从这一边来到这一边。
  没有人能断言虫洞是否真的存在,但使即便它不存在,在研究虫洞理论时使用的数学方法、科学发现和物理理论也可能会产生新的发现。发现一些我们可以利用的真实存在的东西,这会造福人类。研究这样的东西总是有价值的,所以我们叫它“探索”。尽管黑洞能在一眨眼之间撕碎和吞掉许多行星和恒星,但是它们也有非常正面的力量,那就是缔造并控制星系,控制宇宙里的秩序。
  将来有一天,它们会帮助我们去到宇宙里最遥远的角落,对于黑洞,或许我们非但不该恐惧,反而应该学习它们、去爱它们。
  太阳
  宇宙最基本的构成元素是恒星,太阳就是一颗恒星,它是太阳系的核心恒星,从本质上说就是一个巨大的等离子球,它在向外倾泻着能量。这个距离地球一亿五千万公里恒星给了我们生命,维持我们的活动,保护着我们,但它也能毁灭我们。
  小行星
  每天有超过一百吨的尘埃和岩石从太空中轰炸地球,大多数不为人知,但是,有些太空导弹则更大,小如一辆汽车、大如一座城市,这些就是小行星,它们极具破坏力。6500万年前,一颗直径九千公里的小行星以时速11万公里的惊人速度撞向了墨西哥湾,撞击时释放的能量超过了十亿个广岛原子弹的能量。在撞击的中心,冲击所产生的能量立刻使水蒸发,地球表面下的岩石融化了,留下了一层三公里厚的熔岩层,巨大的火山口宽180公里深十公里,面积超过夏威夷岛的两倍。科学家认为,就是这次袭击事件使恐龙灭绝了。
  火星
  火星是我们的近邻,离太阳第四远的行星,距离我们地球有两亿两千九百万公里,表面的平均气温只有零下62摄氏度。今天,科学家们正在为探访这颗红色星球做准备,他们的终极目的是让第一位人类宇航员登陆火星,总有一天人类得离开地球,火星就是我们的第一个目标。未来我们会前往火星,并在那里生活下去,这是人类生存的关键。
  探索频道系列专辑
  《雄狮联盟传奇》
  这是一部讲述南非“雄狮联盟”内的欺骗、暴力和争权夺利的传奇故事。总长两小时的节目耗费了16年的心血才制作完成,向世人展示了狮子行为与人类之间有着惊人相似的一面,这一面是出乎人们意料的,也是前所未见的。影片还特别记录了顶尖狮子研究专家们的专业见解,其中包括著名大型捕食者专家戴夫·萨尔莫尼。《雄狮联盟传奇》将于2015年在Discovery频道播出,覆盖全球包括美国在内的220多个国家和地区。
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