1969年12月29日,在纽约的一次会议上,为了说服场下听众,约翰·阿奇巴德·惠勒(John Archibald Wheeler)灵机一动,冒出了“黑洞”这个词,以描述这些恒星可怕而充满戏剧性的命运。“黑洞”一词在此被首次使用,并从此流传开来。
黑洞:太空中最自私的怪物?
二战后惠勒在普林斯顿大学任教时的一次课堂上提问学生,怎样用一个词来形容星球坍塌、密度紧密到无法透光的现象,一名学生举手回答:“黑洞!”
之后,惠勒将此词大加推广,在一次会议中,提出“黑洞”一词,取代先前的“重力完全塌缩的星球”。同事说,惠勒非常了解把复杂理论变得通俗易懂有多么重要。
那么,这个充满神秘色彩的词汇——“黑洞”,它到底是什么呢?我们先拆分来看一下。
第一个字为“黑”,表明它不会向外界发射或反射任何光线,也不会发射或反射其他形式的电磁波——无论是波长最长的无线电波还是波长最短的γ射线。因此人们无法看见它,它绝对是“黑”的。
第二个字为“洞”,说的是任何东西只要一进入它的边界,就休想再溜出去了,它像极了一个真正的“无底洞”。
有人或许会想:假如我用一只超级巨大的探照灯对准黑洞照过去,像照妖镜照住“妖怪”那样,黑洞不就“现原形”了吗?错了!射向黑洞的光无论有多强,都会被黑洞全部“吞噬”,不会有一点反射。这个“无底洞”,照样还是那么“黑”。把这种奇特的天体称为“黑洞”,真是太妙了。
黑洞并不是科学家在一夜之间突然想到的。早在1798年,法国科学家拉普拉斯就根据牛顿建立的力学理论推测:“一个直径像地球、密度为太阳250倍的发光恒星,在其引力作用下,将不允许它的任何光线到达我们这里。”
随着科学的发展,人们对黑洞的认识也越来越深入。如今,关于黑洞的更准确的说法是:“黑洞是广义相对论预言的一种特殊天体。它的基本特征是有一个封闭的边界,称为黑洞的‘视界’;外界的物质和辐射可以进入视界,视界内的东西却不能逃逸到外面去。”正因为黑洞如此“只进不出、贪得无厌”,所以才有了一个不雅的外号:“太空中最自私的怪物”。
不过,事情也不是那么简单。出乎人们意料,黑洞这个“怪物”,有时候竟然还十分“慷慨”。这又是怎么一回事呢?原来,在20世纪70年代,英国科学家霍金等人以量子力学为基础,对黑洞作了更缜密的考察,结果发现黑洞会像“蒸发”那样稳定地往外发射粒子。考虑到这种“蒸发”,黑洞就不再是绝对“黑”的了。
霍金还证明,每个黑洞都有一定的温度,而且质量越小的黑洞温度就越高,质量越大的黑洞,其温度反而越低。大黑洞的温度很低,蒸发也很微弱;小黑洞的温度很高,蒸发也很猛烈,类似剧烈的爆发。一个质量像太阳那么大的黑洞,大约需要1066(即“1”后面跟着66个“0”)年才能蒸发殆尽;但是质量和一颗小行星相当的小黑洞,竟然会在10-22(小数点后面21个“0”再跟上一个“1”)秒钟内就蒸发得干干净净!
NASA公布的最新黑洞研究
美国宇航局最新发布了对超大质量黑洞的观测研究,科学家察觉到黑洞形成了强大的X射线喷流,就像是一个倒立的火炬。随着我们对黑洞的了解不断深入,黑洞也经常表现出非常怪异的能量行为,让我们可以从各种间接角度观察它。美国宇航局雨燕轨道探测器和核频谱望远镜阵近日发现,一个超大质量黑洞周围出现了极端高能粒子流,从黑洞一极释放出来,场面极为震撼。
黑洞拉伸,撕裂并吞噬恒星
英国皇家天文学会收录了这篇研究论文,第一作者丹-威尔金斯指出,这是我们第一次观测到黑洞释放的X射线辉光,事实上黑洞是宇宙中明亮的天体,虽然在可见光上比较不容易捕捉到,但X射线等其他波段上能够发现其能量流。超大质量黑洞本身是不发光的,没有任何光线能够逃出黑洞视界,但黑洞在吸积时物质会聚集在物质盘周围,以接近光速运行。巨大的摩擦会导致物质被加热到极高的温度。
黑洞的X射线耀斑可能来自喷射流的辉光,美国宇航局核频谱望远镜科学家菲奥娜-哈里森认为虽然我们发现了X射线信号,但更神秘的喷流闪光仍然是未知数,黑洞还有许多谜团等待我们去揭晓。
那些电影中的“黑洞”
“黑洞”一词被提出后,便频繁出现于以宇宙太空为题材的电影中。
《星际穿越》的黑洞,据说是通过索恩给出的公式,由30个人组成的模型制作团队使用数千台计算机,耗时一年时间才制作出来,总共的数据容量高达800TB。这个黑洞也被称之为“史上最真实的黑洞”、“迄今为止最精准的黑洞模型”。
《黑洞频率》
《黑洞频率》的精彩剧情和正面的口碑效应,使得这部电影在美国上映时盘踞Top 10排行榜长达七周。由于受到黑洞力量的牵引,强大的太阳风暴影响全球的通讯,而这个科学家都无法解释的自然异象,就成为《黑洞频率》的故事背景。
《黑洞表面》
《黑洞表面》根据爱因斯坦的广义相对论“巨大的质量将因重力的作用坍陷成黑洞,黑洞周围的时空高度扭曲卷缩”拍摄。对于人的精神状态及因此而生的文学而言,黑洞以及黑洞的边界这样一种概念,自然可以成为一种极具魔力的隐喻,它指涉了彻底的黑暗与绝望,甚至于就是撒旦魔鬼的化身。
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来源:综合凤凰网、科技讯、都市日报等整理
本期编辑:王晶晶
实习编辑:荆诗越