有人說黑洞可能是連接各個時空的通道,它的具體性質究竟如何?

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扭曲時空的星體連接黑洞和白洞的是蟲洞

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黑洞就是恒星塌縮后的產物,而且是一種來者不拒的超強磁場。

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“黑洞”是天文學家預言的一種特殊的天體。恒星不會是永恒的,那些質量不超過太陽質量3倍的恒星,經過不斷演化,會變成密度很大的白矮星或中子星,那些質量比太陽的質量大3倍以上的恒星,經過不斷地收縮,密度越來越大,引力也越來越強,最后就可能坍縮成“黑洞”。

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“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”,其實不然。所謂“黑洞”,就是這樣一種天體:它的引力場是如此之強,就連光也不能逃脫出來。  根據廣義相對論,引力場將使時空彎曲。當恒星的體積很大時,它的引力場對時空幾乎沒什么影響,從恒星表面上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小,它對周圍的時空彎曲作用就越大,朝某些角度發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(天文學上叫“史瓦西半徑”)時,就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時,恒星就變成了黑洞。說它“黑”,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質一旦掉進去,“似乎”就再不能逃出。實際上黑洞真正是“隱形”的,等一會兒我們會講到。  那么,黑洞是怎樣形成的呢?其實,跟白矮星和中子星一樣,黑洞很可能也是由恒星演化而來的。  我們曾經比較詳細地介紹了白矮星和中子星形成的過程。當一顆恒星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫),由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。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。  質量小一些的恒星主要演化成白矮星,質量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算,中子星的總質量不能大于三倍太陽的質量。如果超過了這個值,那么將再沒有什么力能與自身重力相抗衡了,從而引發另一次大坍縮。  這次,根據科學家的猜想,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直至成為一個體積趨于零、密度趨向無限大的“點”。而當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法向外射出,從而切斷了恒星與外界的一切聯系——“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”,人們無法直接觀察到它,連科學家都只能對它內部結構提出各種猜想。那么,黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢?答案就是——彎曲的空間。我們都知道,光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論,空間會在引力場作用下彎曲。這時候,光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播,但走的已經不是直線,而是曲線。形象地講,好像光本來是要走直線的,只不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。  在地球上,由于引力場作用很小,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出的光,雖然有一部分會落入黑洞中消失,可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。所以,我們可以毫不費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。  更有趣的是,有些恒星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球,它朝其它方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”,還同時看到它的側面、甚至后背!  “黑洞”無疑是本世紀最具有挑戰性、也最讓人激動的天文學說之一。許多科學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,這些當代天體物理學的最新成果不是在這里三言兩語能說清楚的。有興趣的朋友可以去參考專門的論著。。

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研究黑洞的性質,有助于我們同時理解大爆炸奇點,因為他們之間實在是太相似了。廣義相對論預言,運動的有質量的物體(光子等輕子是沒有靜止質量的) 會導致引力波的輻射,它是以光速傳播的空間——時間的漣漪。如同物體輻射出的光子帶走了它們的能量一樣,物體輻射出的引力波同樣將帶走它們的能量,因此物質系統將最終會趨向于一種穩定的狀態。這好象往池塘里扔一塊木頭,使水面產生漣漪。漣漪將木塊的能量帶走,使木塊最終平靜下來。地球圍繞太陽公轉而產生的引力波使地球能量損失,其軌道逐漸改變并最終落到太陽上,只是這種能量損失極小,要過一千億億億年才會相撞。當恒星坍縮成黑洞時,運動會快得多,這時能量的損失也快得多,所以坍縮過程將很快達到不變的狀態。這種不變的狀態是如何的呢?由于坍縮之前的恒星的狀態是多種多樣的,包括它的物質形態、質量、旋轉速度及恒星內部的復雜運動等等,似乎對坍縮的最終狀態很難作出預言。加拿大科學家外奈。伊斯雷爾在1967年的研究非常出人意料。他指出:" 根據廣義相對論,不旋轉的黑洞必須是非常簡單的、完美的球體,其大小只依賴于它們的質量并且任何兩個不旋轉的等質量黑洞必定是完全相同的。" 最初,包括伊斯雷爾在內的許多科學家認為,既然黑洞只能是完美的球形,那么黑洞應該由具有完美球形的物體坍縮而成。然而任何恒星都不是完美的球形,所以黑洞只能坍縮為一個點。而羅杰。彭羅斯等人提出了另外一種解釋:恒星坍縮的快速運動釋放出來的引力波使恒星越來越接近球形,當它最終達到靜態時,就成為精確的球體。因此," 任何不旋轉的恒星,,無論其組成物質、質量和內部結果如何復雜,在其引力坍縮后都將終結于一個完美的球形黑洞,其大小只依賴于它的質量。" 這就是著名的" 黑洞無毛" 定理。這個觀點得到了進一步的計算支持,并很快為大家所接受。與此同時,新西蘭科學家羅伊。克爾計算出廣義相對論中描述旋轉黑洞的一族解。這些解表明黑洞以恒常速度旋轉,其大小形狀只依賴于它們的質量和旋轉速度,旋轉速度越快,黑洞的赤道部分就越鼓(這和地球、太陽等星體是一樣的)。如果旋轉為零,黑洞就是完美的球體。伊斯雷爾的發現其實就是克爾解中的特解。" 黑洞沒有毛" 意味著,物體復雜的和大量的特征信息在形成黑洞的過程中損失了。我們將在下章中理解它的意義。洞在科學史上是一個特殊的情形,它作為數學模型已經發展到極為詳盡的地步,但至今仍沒有100%肯定的觀測證據來證明它。1963年發現了一個暗淡的類星體紅移。 這個紅移是如此之大,如果看作是引力紅移的話,那么它的質量應該很大,而且離我們很近,以致于會干擾太陽系的行星運動。所以它只能是宇宙膨脹引起的紅移。紅移很大則說明它離我們很遠。如果在這么遠的距離還能被我們觀察到,那么它一定非常亮,也就是說它必須輻射出大量的能量。這么大的能量不可能僅僅是一個恒星發出的,它很可能是一個星系整個中心區域的引力坍縮。人們發現了很多這樣的類星體,但它們都離我們非常遠,由于很難觀測而不能為黑洞提供結論性的證據。1967年中子星的發現為證明黑洞的存在帶來了鼓舞。因為中子星的半徑約10英里,只是黑洞坍縮臨界半徑的幾倍而已。恒星能坍縮到更小尺度應該是理所當然的。由于光線無法從黑洞中逃逸,因此觀測黑洞有些象在漆黑的夜里尋找黑貓。但值得慶幸的是,黑洞的引力效應仍將作用到其臨近的星體上。人們觀測到一些伴星系統是由一顆可見恒星和一顆不可見恒星互相圍繞旋轉組成。 這類系統中的有一些是強X 射線源。對這種現象最好的解釋是,物質從可見星的表面被吹起來并落向不可見的伴星,這些物質在強大的引力作用下發展成螺旋軌道(如同水從浴缸中流出的情形),同時變得非常熱而發射出X 射線。這顆不可見伴星必須小到象白矮星、中子星或黑洞那樣,才能引發上述機制。" 天鵝X-1"就是這樣一個伴星系統。通過對其可見星軌道的研究,科學家們推算出了不可見星的最小質量——大約是太陽的六倍。按照強德拉塞卡的結果來看,它只能是一個黑洞。宇宙漫長的歲月中,許多恒星應該已經耗盡了燃料并且坍縮了。黑洞的數目甚至比可見星還要多得多。以我們的銀河系為例,巨大數量的黑洞的額外引力就可以解釋為何銀河系會有如此的轉動速率,僅考慮可見星的質量是不足夠的。 某些證據說明,銀河系中心有非常巨大的黑洞,其質量大約是太陽的10萬倍。 恒星若是太靠近這個黑洞,它近端和遠端的引力差就會將它撕開,并被黑洞吸引而落到上面去。雖然落到黑洞上的物質沒有象" 天鵝X-1"那樣熱到發出X 射線,但可以用來說明在銀河系中心觀測到的非常緊致的射電源和紅外線源。在類星體的中心被認為是質量更大的黑洞,大約是太陽質量的1 億倍。當物質旋轉落入黑洞時,它將使黑洞向同一方向旋轉,使黑洞產生強大的類似地球的磁場。落入黑洞的物質會產生高能的粒子,它們在黑洞強磁場的作用下聚焦,形成沿黑洞北極和南極方向向外噴射的粒子流。在許多星系和類星體中我們觀測到了這種射流。 也可能存在著比太陽質量小得多的黑洞。它們由于低于強德拉塞卡極限而不可能由引力坍縮形成,只能由巨大的壓力壓縮而成。在早期宇宙的高溫高壓條件下會產生這樣的小黑洞。一個質量在10億噸(一座大山的質量)的太初黑洞可以由于對其它可見物質的影響而被觀察到。

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超大引力使空間,時間扭曲,所以有了時空通道。黑洞是一種引力特別大,密度特別大的天體,是大質量恒星在“年老”時塌縮的產物。

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黑洞就是恒星塌縮后的產物,至于是不是時空通道,這只是科學家理論上的推理,有贊同也有反對聲,不得而知!