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  • 黑洞通道

    在爱因斯坦的广义相对论中预言到了两种天体,一个是人们早已熟知的黑洞,另一个则是人们比较陌生的白洞。20世纪60年代以来,由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用,人们陆陆续续发现了许多黑洞性质的天体。如天鹅座X--1星和御夫座e星的伴星就是两个典型的例子。众所周知,黑洞是一种极为奇特的天体,它能够把包括光线在内的一切物质都吸入自己的体内,所以黑洞在宇宙中是不会发光的,但是即使如此,天文学家们却依靠射电红外望远镜观测到了它们,并大胆的假设黑洞是恒星衰亡后留下的残骸。

    编辑摘要

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    一、概论/黑洞通道 编辑

    引文

      是否有人想过,黑洞可以通往其他世界呢?说不定外星人就在黑洞那头。
      也许是天方夜谭,也许这是一个奇妙的科学幻想。
      被吸进黑洞的东西都到哪去了呢?问题值得思考。
      吸入的天体或光线都在另一个地方排出,很难找,历经千辛万苦才能找到。
      在爱因斯坦的广义相对论中预言到了两种天体,一个是人们早已熟知的黑洞,另一个则是人们比较陌生的白洞。20世纪60年代以来,由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用,人们陆陆续续发现了许多黑洞性质的天体。如天鹅座X--1星和御夫座e星的伴星就是两个典型的例子。众所周知,黑洞是一种极为奇特的天体,它能够把包括光线在内的一切物质都吸入自己的体内,所以黑洞在宇宙中是不会发光的,但是即使如此,天文学家们却依靠射电红外望远镜观测到了它们,并大胆的假设黑洞是恒星衰亡后留下的残骸。
      世上的万物都是具有双重性的,有黑洞就有白洞。依据广义相对论的预言,白洞的一切性质都是与黑洞相反的,黑洞是“吸”,白洞是“吐”,因此,对于观测白洞来说比观测黑洞要容易得多。经过白洞前的光线及一切物质都会被白洞的强大排斥力喷射出去,使其改变原有的运动方向,向着白洞的对面运行。所以我们可以认为白洞是一种发光的物体,并且是一种发光力极强的物体。我认为,现在困扰天文学家的类星体就是白洞,因为类星体是一种与其他任何天体都不相联系的新天体,在巳知的天体射电源中约有25%是类星体,它们有许多地方使人震惊。一般的类星体比整个星系小得多,有的甚至只有星系直径的十万分之-,可是又比星系亮得多。在一般类星体的周围都会有物质喷射的现象,并且它们的射电源的一部分与一个光学喷射体相重合,而射电源的尺度比较小,能量却极为巨大。在对类星体的光学研究之后得出了一个惊人的信息,它们的光谱有巨大的红移,有的甚至达到了0.367之巨。鉴于以上几点。这个在光学上像恒星,亮度惊人且变化迅速并有着巨大的红移和发射线,但体积却很小的类星体就成了一个谜。然而我却认为运用白洞的知识来解释类星体能够更好一些。我们可以假想一幅图画:如果自己就站在白洞前面,根据广义相对论的定理,你会看到一束从远处射来的光线被白洞远远的喷射出去,喷射的光线多了,自然白洞也就越来越亮,在宇宙中传播的距离也就越来越远,因为射电也是一种物质,所以白洞也就可以像喷射光线一样来喷射射电了。白洞的体积有大有小,但大体上与恒星相同,这是它与黑洞仅有的几个相同点之一。如果不在特殊情况下,深处星系以及有光源的天体内部的白洞才能被很好的观测到,这些迹象表明,白洞很可能是类星体。爱因斯坦在广义相对论中阐明了黑洞和白洞都是能量极大的天体,这与类星体的性质也是不谋而合的。几乎所有的类星体的光谱都有巨大的红移,这是人们发现它的最大特点之一。
      根据哈勃定理推算,最远的类星体达到200亿光年!也就是说,如果类星体是白洞的话,很有可能白洞就处在宇宙的边缘。
      白洞“只出不进”,那么它的物质不会枯竭吗?如果不枯竭,那么这些物质从何而来呢?有人提出一种设想,白洞与黑洞是相通的,它们之间有一条通道,叫做“蛀洞”。正是这条通道,把黑洞吸积的物质,运到白洞喷发出去。美国天文学家认为,蛀洞这一通道可能使我们与其他的宇宙相连。
      白洞学说在天文学上主要用来解释一些高能现象。白洞是否存在,尚无观测证据。有人认为,白洞并不存在。因为,白洞外部的时空性质与黑洞一样,白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。只要有足够多的物质,引力坍缩就会发生,导致形成黑洞。另外,按照目前的理论,大质量恒星演化到晚期可能经坍缩而形成黑洞;但并不知道有什么过程会导致形成白洞。如果白洞存在,则可能是宇宙大爆炸时残留下来的。
      而且还有的科学家认为,有可能黑洞是一个通向其他宇宙的通道。其中黑洞是入口,白洞是出口。
      以现在人类的发展水平来看,我们并不能测量出宇宙到底有多大。有可能我们人类现在所处于的宇宙只不过是一个子宇宙,与我们这个宇宙并存的还有其他子宇宙和母宇宙。而我们这个子宇宙与其他宇宙的入口就有可能是黑洞。

    相关新闻

      据国外媒体报道,美国印第安纳大学的物理学家提出新理论,认为黑洞吸收的物质没有被破坏,而是被驱逐出去,形成另一世界中的星系、恒星和行星,黑洞则充当了宇宙间的通道。该理论可以很好的解释大爆炸之谜,以及伽马射线爆发等现代宇宙学的秘密。
      美国印第安纳大学的物理学家波普瓦夫斯基(Poplawski)最近在《物理快报B辑》上发表了一篇文章,文中提出了一种新的数学模型,用来描述落入黑洞中物体的螺旋运动。根据新的数学模型,黑洞吸收的物质实际上是被驱逐出去,形成另一世界中的星系、恒星和行星,黑洞充当了宇宙间的通道。
      波普瓦夫斯基称,黑洞是虫洞的观点可以解释现代宇宙学中的某些秘密。比如,黑洞是虫洞的观点可以解释大爆炸之谜。大爆炸理论认为,宇宙由一个奇点发生大爆炸产生,这个奇点质量无穷大,体积无穷小,时空都包含在里面。但是,这一理论无法解释奇点是如何形成的。波普瓦夫斯基称,如果假设我们的宇宙最初是由白洞形成的,那么就很好解释大爆炸奇点问题。 科学家们猜想:白洞也有一个与黑洞类似的封闭的边界,但与黑洞不同的是,白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向边界外部运动,而白洞外部的物质和辐射却不能进入其内部。
      黑洞是虫洞的观点还可以解释伽马射线爆发。发生在宇宙边缘的伽马射线爆发,常常和遥远星系的超新星以及恒星爆发联系在一起,但是它们爆发的真正原因一直是个谜。波普瓦夫斯基提出,伽马射线爆发可能是其它宇宙中排出的物质,这些物质通过其星系中心的超大质量黑洞进入我们所在的宇宙。
      波普瓦夫斯基认为,虫洞制造出“奇异的物质”,触发了宇宙的膨胀效应。哈勃在1929年在论文中论证了距离我们越远的河外星云,沿着观测者视线方向远离我们而去的运动速度就越大,而且速度同距离两者之间存在着很好的正比关系。这就是举世闻名的“哈勃定律”。1930年,英国天文学家爱丁顿把河外星云普遍远离我们而去的现象解释为宇宙的膨胀效应。
      但是,天文学家一直在努力寻找引起膨胀的原因。波普瓦夫斯基称,宇宙的膨胀效应是由“奇异物质”触发的。这种奇异物质和普通物质是不一样的,因为它们在重力作用下被排斥而不会被吸引。波普瓦夫斯基认为,这些奇异物质可能是在一些超大质量恒星崩塌,并形成虫洞时产生的。

    二、拓展/黑洞通道 编辑

    黑洞反作用

      据国外媒体报道,天文学家通过哈勃太空望远镜以及和超大阵列(VLA)无线电波望远镜,发现距离地球5千万光年的NGC 1068星系超大质量黑洞不断向太空喷射炙热的气体。科学家认为,位于星系中心的超大质量黑洞通过称为“黑洞反作用”的机制,影响星系的演变过程。
      从上面的合成图像中,可以看到高速运动的炙热云产生的明亮X射线,如同滚滚火焰。它很大程度上表明了NGC 1068星系中心黑洞不断向太空喷射炙热的气体的情况。
      NGC 1068星系中心的黑洞非常庞大,是银河系中心超大质量黑洞的2倍。NGC 1068超大质量黑洞异常活跃,可以说是我们已知的最活跃的黑洞之一。它不断吞噬大量的NGC 1068星系质量,然后以时速100万英里往外喷射炙热气体。NGC 1068星系中心庞大的黑洞是星系的破坏者,它将NGC 1068星系中心撕扯成碎片。
      科学家认为,这个庞大的黑洞通过一个称为“黑洞反作用”的机制,影响NGC 1068星系的演变。被撕裂的星系质量中,有一部分并没有落入黑洞的“口”中,而是在爆炸后,高速远离黑洞。天文学家通过钱德拉和哈勃太空望远镜以及甚大阵列(VLA)的无线电波望远镜看到,大量超热质量被弃置到距离黑洞3000光年远的地方。这看起来就好像是一个超高速的传输带,即星系质量不断被牵引到黑洞的吸积盘,遭到撕裂破坏后,反过来向星系发射炙热的气体。

    第一个“人造黑洞”

      它有着“黑洞”之名,虽然尺寸“迷你”,但任何经过的 电磁波或光,都不可能逃离它的引力。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
      在宇宙中,黑洞吞噬万物,甚至包括光。人们乐意议论这种天体,因为它神秘、“性情”怪异:它身处宇宙最幽暗的地方,没有人能直接观测到它,而靠近它的任何物质,都会被无情地拖曳到它的深渊里, 小行星、星尘、光波、时间,无一例外。
      人们对黑洞这种天体感到好奇,但绝不会希望有任何一个黑洞接近自己,或我们的星球。然而现在却有一些科学家在自己的实验室里造出了“黑洞”,一个“迷你”黑洞。
      10 月15 日的《科学》杂志在介绍这种“人造黑洞”时建议,人们可以把这种“黑洞”装进自己的大衣口袋里。
      制造出“人造黑洞”的是中国东南大学的一个研究组,崔铁军教授和 程强教授是其中最主要的两位研究者。
      “实际上,我们做的黑洞不是严格意义上的黑洞。”在接受《外滩画报》采访时,程强教授对记者说。
      实验室里的“ 人工黑洞”,目的当然不是为了将一个吞噬一切的“恶魔”装进口袋。据程强介绍,现在存在于东南大学毫米波国家实验室的“人造黑洞”,实际上是一个模拟装置,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。”程强对记者说。崔铁军(左一)、程强在“人造黑洞”实验装置前(东南大学资料图 丛 婕摄)
      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。
      一些物理爱好者甚至为这种全新的装置设计了一些新功能,比如将它装置在航天器中的太阳帆上,或者用来吸收 空气中游散的电磁波——因为手机和无线网络的普及,这种看不见的电磁波据说侵害了我们的健康,成为一种新的污染。
      不过,制造“黑洞”的研究者却从来不想那么多,现在崔铁军和程强正在继续的,是如何把实验室里的装置变成样机,“实现工程化”。
      面对关于“人造黑洞”的各式各样的议论,程强认为, “成果公布以后,被许多国际媒体转载和评论,确实也大大出乎我们意料。从我们个人角度而言,只觉得这是一个比较有意义的工作。

    黑洞分类及特点/黑洞通道 编辑

    按组成划分

      按组成来划分,黑洞可以分为两大类。一是 暗能量黑洞,二是物理黑洞。
       暗能量黑洞
      暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成,它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转,其内部产生巨大的负压足以吞噬物体,从而形成黑洞。暗能量黑洞是 星系形成的基础,也是 星团星系团形成的基础。
       物理黑洞
      物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成,具有巨大的质量。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个 星系的质量时,我们称之为 奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大,可以有 太阳系那般大。奇点黑洞比起暗能量黑洞来说体积非常小,它甚至可以缩小到一个奇点。

    按物理性质划分

      根据黑洞本身的物理特性质量, 角动量,电荷划分,可以将黑洞分为四类。
       不旋转不带电荷的黑洞
      它的 时空结构于1916年由施瓦西求出称 施瓦西黑洞
       不旋转带电黑洞
      称R-N黑洞。时空结构于1916至1918年由赖斯纳(Reissner)和纳自敦(Nordstrom)求出。
       旋转不带电黑洞
      称 克尔黑洞。时空结构由 克尔于1963年求出。
       一般黑洞
      称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由 纽曼求出。
       双星黑洞
      与其他恒星一块形成双星的黑洞。

    克尔-纽曼黑洞的特点

      转动且带电荷的黑洞,叫做克尔--纽曼黑洞。这种结构的黑洞视界和无限 红移面会分开,而且视界会分为两个(外视界r+和内视界r-),无限红移面也会分裂为两个(rs+和rs-) 。外视界和无限红移面之间的区域叫做能层,有能量储存在那里。越过外无限红移面的物体仍有可能逃离黑洞,这是因为能层还不是单向膜区。
      r±=M±√(M^2-a^2-Q^2)
      rs±=M±√(M^2-a^2cos^2·θ-Q^2)
      r±=GM/c^2±√[(GM/c^2)^2-(J/Mc)^2-GQ^2/c^4]
      (其中,M、J、Q分别代表黑洞的总质量、总角动量和总电荷。a=J/Mc为单位质量角动量)
      单向膜区内,r为时间,t是空间。穿过外视界进入单向膜区得物体,将只能向前,穿过内视界进入黑洞内部。内视界以里的区域不是单向膜区,那里有一个“奇环”,也就是时间终止的地方。物体可以在内视界内自由运动,由于奇环产生斥力,物体不会撞上奇环,不过,奇环附近有一个极为有趣的时空区,在那里存在“闭合类时线”,沿这种时空曲线运动的物体可以不断地回到自己的过去。

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