“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”,其實(shí)不然。所謂“黑洞”,就是這樣一種天體:它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng),就連光也不能逃脫出來(lái)。
根據(jù)廣義相對(duì)論,引力場(chǎng)將使時(shí)空彎曲。當(dāng)恒星的體積很大時(shí),它的引力場(chǎng)對(duì)時(shí)空幾乎沒什么影響,從恒星表面上某一點(diǎn)發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小,它對(duì)周圍的時(shí)空彎曲作用就越大,朝某些角度發(fā)出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。
等恒星的半徑小到一特定值(天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”)時(shí),就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時(shí),恒星就變成了黑洞。說(shuō)它“黑”,是指它就像宇宙中的無(wú)底洞,任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去,“似乎”就再不能逃出。實(shí)際上黑洞真正是“隱形”的,等一會(huì)兒我們會(huì)講到。
那么,黑洞是怎樣形成的呢?其實(shí),跟白矮星和中子星一樣,黑洞很可能也是由恒星演化而來(lái)的。
我們?cè)?jīng)比較詳細(xì)地介紹了白矮星和中子星形成的過(guò)程。當(dāng)一顆恒星衰老時(shí),它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫),由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直到最后形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。
質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星,質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算,中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽(yáng)的質(zhì)量。如果超過(guò)了這個(gè)值,那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了,從而引發(fā)另一次大坍縮。
這次,根據(jù)科學(xué)家的猜想,物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍,直至成為一個(gè)體積趨于零、密度趨向無(wú)限大的“點(diǎn)”。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑),正象我們上面介紹的那樣,巨大的引力就使得即使光也無(wú)法向外射出,從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。
與別的天體相比,黑洞是顯得太特殊了。例如,黑洞有“隱身術(shù)”,人們無(wú)法直接觀察到它,連科學(xué)家都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么,黑洞是怎么把自己隱藏起來(lái)的呢?答案就是——彎曲的空間。我們都知道,光是沿直線傳播的。這是一個(gè)最基本的常識(shí)??墒歉鶕?jù)廣義相對(duì)論,空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候,光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播,但走的已經(jīng)不是直線,而是曲線。形象地講,好像光本來(lái)是要走直線的,只不過(guò)強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來(lái)的方向。
在地球上,由于引力場(chǎng)作用很小,這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍,空間的這種變形非常大。這樣,即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光,雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失,可另一部分光線會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。所以,我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一樣,這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是,有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球,它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”,還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背!
“黑洞”無(wú)疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說(shuō)之一。許多科學(xué)家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著,新的理論也不斷地提出。不過(guò),這些當(dāng)代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言兩語(yǔ)能說(shuō)清楚的。有興趣的朋友可以去參考專門的討論。
黑洞是宇宙的一個(gè)組成部分。在那里吸引力非常大,以至于光線都無(wú)法從黑洞中逃脫出來(lái)。在宇宙中每個(gè)星體的內(nèi)部都在進(jìn)行著激戰(zhàn),一方面是它本身固有的引力,這種引力使星體聚合變?。涣硪环矫鎰t是從星體的內(nèi)核中釋放出來(lái)的能量,它竭力要使星體爆炸分解。當(dāng)星體的核能完全釋放以后,由于只受引力的作用使星體的體積變小,但重量大的驚人,它周圍的引力也會(huì)變得十分強(qiáng)大,甚至連星體周圍的能量也不能從它那極度強(qiáng)大的引力場(chǎng)中逃逸掉,這時(shí)的星體就像隱身消失似的,因此在太空中形成了黑洞。
近年來(lái),天文學(xué)家們收集了大量的黑洞證據(jù),其中特別重的黑洞質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的10億倍,而特別輕的黑洞質(zhì)量?jī)H是太陽(yáng)質(zhì)量的幾倍。最近他們發(fā)現(xiàn)了一類體積有月球那么大而質(zhì)量居中的黑洞,其質(zhì)量為100-10000太陽(yáng)質(zhì)量。美國(guó)航空航天局的天文學(xué)家們和卡內(nèi)基金--梅隆大學(xué)的科學(xué)家們分別獨(dú)自研究了旋渦星系的中心區(qū)域,前者的研究對(duì)象是銀河系附近的39個(gè)星系,后者則把注意力放在距地球約360萬(wàn)光年的星暴星系M82上,他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)了來(lái)自旋進(jìn)黑洞的氣體和尖埃的X射線輻射。
黑洞是一個(gè)宇宙和另一個(gè)宇宙的渠道,它只會(huì)把這個(gè)宇宙的東西吸到另一個(gè)宇宙去。還有,黑洞連光也能吸