作为时间隧道的黑洞

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作为时间隧道的黑洞
 
我们已看到:黑洞畸变了其附近的空间路径。按照爱因斯坦的格言,空间与时间是混杂的,因此,在这种物体附近,时间也是被弯曲了的。据此,一些研究工作者曾建议用黑洞作为时间机器。
 
确实,若一太空人在飞往黑洞以前在她的飞船上放一只大钟,则一个船外的观测者(例如,在飞船附近的空间站上)在太空人接近于坍缩星的周边时,将发觉该钟走得慢下来。旁观者也会感觉到她运动得越来越慢;从未感觉到她达到了黑洞视界的边缘。最后,她将被看上去在时间上冻结了——发愣了,像鹿被汽车前灯“照瞎”了双眼,一动不动了。
 
但从太空人看来,这些事件的发生完全是另一种情景。飞船上的钟正常地走着。这样,无法阻止她很快地钻进黑洞深渊里去。她还可能察觉不到她穿越视界的时刻,但她将从那一点起被黑洞粘住。
 
假定,当她下降时,仍能观察到她上面的空间区域,看飞船外面的景色,倒霉的旅行者将看到所有的事物随时间而加速。未来的历史在她眼前一闪而过。但这种时间旅行是毫无
 
 
(较少的重物质)时继续沿直线路径前进,而那些穿越弯曲区域(有较多重物质)的天体将沿弯曲的轨迹前进。
 
现在再来看看黑洞对于其周围时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常之大的圆石头代表这一超密的黑洞,自然,这将大大地影响床面,不仅其表面要弯曲下陷,还
 
 
意义的,她不能与宇宙的其余部分相互沟通;取而代之的是她本人及飞船的毁灭(除非她能及时掉转船头)。总之,虽然一个太空人能在黑洞的视界附近经受一种形式的时间旅行,但终将是一个悲惨的——因而是毫无意义的——探险。  
 
将断裂。类似的情形将在宇宙中出现,若宇宙中某处存在有黑洞,则该处  
的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。
 
现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球,将掉进由大圆石头造成的洞那样,一个经过黑洞近旁空间的物体也将被其陡峭的引力陷阱所捕获。而且,在黑洞的情形,将需要无穷大的能量才能挽救运气不佳的物体。
 
你能向黑洞靠得多近而不被它永远地抓住呢?答案是相当近。被黑洞吸入不能再返回的那一点叫做黑洞的视界,它是距黑洞中心一定距离叫做史瓦西半径的一个球壳。此半径的长短只与黑洞的质量有关。例如,一个太阳质量的黑洞其史瓦西半径不到 3 公里,只要离开其中心 3 公里以外,就没有危险,从黑洞旁边走过去不会被它抓住。
 
一旦你进入了视界,便逃脱不了被黑洞擒获的命运——你将一直下落到时空奇点所在处——黑洞的中心,不过几分之一秒的一瞬间,你就会被那里无穷大的引力弄得粉身碎骨。
 
我们已经说过,没有任何进入黑洞的东西能再逃离它,但科学家们却认为黑洞会缓慢地释放其能量。这是怎么一回事呢?著名的英国物理学家霍金(Stephen Hawking)在 1974 年证明黑洞有一个不为零的温度,比深空的温度要高一些。一切比其周围较温暖的物体都要释放出热量,黑洞也
 
不例外。一个典型的黑洞将在几百万万亿(1018)年内蒸发光(释放出它全部的能量)。黑洞释放能量有个恰当的名称:霍金辐射。
 
“黑洞”这个词是公众最熟悉的天文名称之一。但并不能因此而认为对黑洞的存在已无争议了。在一个较长时间里,黑洞只被认为是一个假想的物体和数学的构思,被看成是比大学生聪明的练习题稍多一点的东西。
 
但近年来,有了在空间存在着黑洞越来越多的证据。这些证明不是直接的——黑洞终究是看不见的——而是通过物质落进黑洞的视界后发出的辐射间接得知的。用这种方法探测黑洞,就好像通过观察火焰的影子,发现在篝火中燃烧着的炭块一样。
 
天文学家们几年前就猜测位于室女座星系团内,距离我们约 5000 多万光年的星系 M87的中心有巨大黑洞。1994 年夏天,HST 获得了该星系中心存在着超大质量黑洞的可靠证
 
据。空间望远镜上的广视场照相机摄取的照片表明在 M87 的中心附近有大量发光的气体以非常大的速度运动着。计算表明,具有这样大的运动速度的原因,是由于存在着一个被压缩在几千亿公里大小区域里的 20 亿倍太阳质量的致密物质。而如此巨大的物质密度强烈地表明 M87 的核心确实隐匿着一个超大质量黑洞。
 
许多理论工作者都认为银河系的中心也隐藏着一个超大质量黑洞,但至今还未像 M87 那样获得较确凿的证据。科学家们希望 HST 能帮助解决这

 
 

 
 
 
①    1764 年,法国天文学家梅西耶(C.Messier)编制的星云和星团的星表中的第 87 号天体。  
一迷人的问题。  
  

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