來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)，記者：劉霞

　　4 月 10 日，一條消息將讓全世界物理學(xué)界為之沸騰：“千呼萬(wàn)喚始出來(lái)”，位于全球各地的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）拍攝到的首張黑洞圖像將于當(dāng)日新鮮“出爐”。黑洞，這個(gè)恍若鬼魅的天體又開始霸道地侵襲我們的視野。

　　它是在時(shí)間和空間中形成的“洞”，不斷吞噬周圍物質(zhì)，增加自己的質(zhì)量；它也是光子的“牢籠”；它貪得無(wú)厭，永不停息地吞噬著周圍的一切……這是世人繪制的黑洞的經(jīng)典圖像：既霸蠻又貪吃。但真是如此嗎？

黑洞藝術(shù)圖。圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

　　黑洞如何形成：都是引力惹的禍

　　黑洞如何形成的呢？

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員陸由俊對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者說(shuō)：“目前比較明確的是恒星級(jí)質(zhì)量的黑洞是恒星塌縮的遺骸；而大質(zhì)量黑洞則有可能由其它機(jī)制產(chǎn)生的中等質(zhì)量黑洞吸積物質(zhì)長(zhǎng)大而成。”

　　所有的恒星都是核聚變反應(yīng)爐，在其中，輕元素（主要是氫）聚合成重元素。核聚變過程提供了恒星一生的大部分能量。不過，最終，核燃料耗盡，由中心產(chǎn)生的能量再也無(wú)力對(duì)抗外殼巨大的重量，引力開始起主宰作用。

　　1928 年，印度研究生薩拉·瑪尼安·錢德拉塞卡乘船來(lái)英國(guó)劍橋?qū)W習(xí)天文學(xué)。在來(lái)英途中，錢德拉塞卡算出在耗盡所有燃料之后，多大的恒星可以繼續(xù)對(duì)抗自己的引力而維持自己——這就是所謂的“錢德拉塞卡極限”，約為 1.44 倍太陽(yáng)質(zhì)量。

　　陸由俊解釋說(shuō)：“這一值對(duì)大質(zhì)量恒星的最終歸宿具有重大意義。一般來(lái)說(shuō)，如果一顆恒星的質(zhì)量不到太陽(yáng)質(zhì)量的 9 倍，最終會(huì)形成白矮星；9-25 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量左右的恒星會(huì)演化至超新星爆發(fā)，再最后塌縮為中子星；而約 25 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之上的恒星會(huì)形成黑洞。”

　　當(dāng)這一恒星收縮到某一臨界半徑（“史瓦西半徑”，以德國(guó)物理學(xué)家、天文學(xué)家卡爾·史瓦西的名字命名，他是使用愛因斯坦廣義相對(duì)論方程證明黑洞的確能夠形成的第一人）時(shí)，其表面上的引力變得如此之強(qiáng)，以至于光線再也逃逸不出去。

　　根據(jù)相對(duì)論，沒有東西能行進(jìn)得比光還快。如果光都逃逸不出來(lái)，其他東西更不可能：所有東西都會(huì)被引力場(chǎng)拉回去。這樣，就出現(xiàn)了一個(gè)事件的集合或時(shí)空區(qū)域，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者——我們將這一區(qū)域稱謂黑洞，將其邊界稱作事件視界。

　　黑洞都是來(lái)者不拒？有些很“挑食”

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng) 4 月 6 日?qǐng)?bào)道，一些黑洞是貪婪的貪食者，吸入大量氣體和灰塵；而其他黑洞則很挑食。

　　比如，此次 EHT 任務(wù)的主要目標(biāo)，位于銀河系中央的“人馬座A*”似乎就很挑食，盡管其質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量的 400 萬(wàn)倍，但它的吸積盤卻出人意料地暗淡。吸積盤由氣體、彌散物質(zhì)等組成，圍繞黑洞或中子星轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，就像一個(gè)扁平的盤子。

　　而此次 EHT 觀察的另一個(gè)目標(biāo)，即 M87 星系中的黑洞，則是一個(gè)貪婪的食客，其質(zhì)量介于 35 億至 72.2 億太陽(yáng)質(zhì)量之間。它不僅擁有一個(gè)非常明亮的吸積盤，而且，它還噴射出明亮、快速的帶電亞原子粒子流，這一粒子流延伸約 5000 光年。

　　同樣是超大質(zhì)量黑洞，為什么“貪吃”的程度差別如此巨大？這一問題一直以來(lái)都是困擾天體物理學(xué)家的難題。

　　陸由俊解釋說(shuō)：“原因是不同星系核心的環(huán)境不一樣。有的星系的中心由于受到諸如星系碰撞過程等的擾動(dòng)，氣體沉積到中心黑洞附近，為黑洞提供了豐富的食物，以至于它們可以大快朵頤；而有的星系中心區(qū)域則比較平穩(wěn)，只有少量氣體能夠到達(dá)黑洞附近，使得黑洞不得不淺斟慢酌。”

　　只可遠(yuǎn)觀：會(huì)把人變成意大利面

　　盡管人們對(duì)黑洞的熱情高漲，但其只可遠(yuǎn)觀而不可接近，否則，后果很嚴(yán)重。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果你和黑洞靠得太近，你就會(huì)就像意大利面一樣被拉長(zhǎng)。這一現(xiàn)象有個(gè)極富創(chuàng)意的名字“意大利面條效應(yīng)”。之所以會(huì)產(chǎn)生這種效應(yīng)，是因?yàn)槿梭w各處受到的引力大小不同。

　　如果你兩腳朝下飛向黑洞，由于你的腳離黑洞更近，它受到的引力將比頭部受到的引力要大。更糟糕的是，由于胳膊并非位于身體中心，它們被拉長(zhǎng)的方向會(huì)與頭部的朝向稍有不同，你身體的邊緣部位會(huì)被拉進(jìn)身體里。最后的結(jié)果是，你的身體不僅被拉長(zhǎng)了，而且還變細(xì)了。因此，還沒等你（或其他物體）抵達(dá)黑洞中心，你就早早地變成了一根意大利面條。

被黑洞拉成意大利面條的宇航員

　　并非永久監(jiān)獄：信息可從中逃逸

　　經(jīng)典黑洞理論認(rèn)為，任何物質(zhì)和輻射都不能逃離黑洞；而量子力學(xué)理論表明，落入黑洞的信息可以重新獲取，這個(gè)所謂的“信息悖論”已困擾科學(xué)界 40 年。

　　2016 年 1 月，霍金等人提出：落入黑洞的粒子的信息部分并沒有消失，有些信息會(huì)以不同的形式釋放出來(lái)，只不過很難還原和破解。

　　1985 年，劍橋大學(xué)教授霍金。這一年霍金因?yàn)榉窝资チ苏f(shuō)話的能力。

　　其實(shí)，早在此之前的 2015 年 3 月，霍金就對(duì)黑洞理論進(jìn)行了修改，宣稱黑洞實(shí)際上是“灰色的”。新“灰洞”理論稱，物質(zhì)和能量被黑洞困住一段時(shí)間后，又會(huì)被重新釋放到宇宙中。霍金還指出，黑洞并非“永恒的牢籠”，某些信息會(huì)以不同的形式釋放出來(lái)。

　　現(xiàn)在，霍金同哈佛大學(xué)的安德魯·施特勒明格和劍橋大學(xué)的馬爾科姆·佩里提出了新理論：讓信息“逃逸”的黑洞裂口由“柔軟的帶電毛發(fā)”組成，它們是位于事件視界上的光子和引力子組成的粒子，這些能量極低甚至為零的粒子能捕獲并存儲(chǔ)落入黑洞的粒子的信息，就像人的鼻毛能捕獲灰塵一樣。這意味著，盡管落入黑洞的粒子可能已“有去無(wú)回”，但部分信息存儲(chǔ)在這些“柔軟毛發(fā)內(nèi)”，持續(xù)在黑洞邊界逡巡。

　　霍金解釋說(shuō)：“我認(rèn)為，信息不像大多數(shù)人以為的那樣被存儲(chǔ)在黑洞內(nèi)部，而是被存儲(chǔ)在事件視界上。進(jìn)入黑洞的粒子的信息確實(shí)返回到空間了，但采用一種混沌且無(wú)用的形式。返回的信息與燒焦的百科全書差不多，從理論上來(lái)說(shuō)，信息并沒有丟失，但很難進(jìn)行翻譯和破譯。”

　　在美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》2016 年 6 月 8 日的報(bào)道，霍金用他那著名的機(jī)器人聲音說(shuō)：“黑洞不是人們一度以為的那種永久的監(jiān)獄。如果你覺得陷入了黑洞，不要放棄。有路可逃。”

　　終極命運(yùn)：或隨時(shí)間蒸發(fā)殆盡

　　黑洞的最終命運(yùn)如何呢？

　　1973 年霍金在彎曲時(shí)空量子場(chǎng)論的研究中發(fā)現(xiàn)原來(lái)“黑洞不黑”！原本經(jīng)典理論上“一毛不拔”的黑洞在黑洞量子力學(xué)中也可以通過一定的機(jī)制發(fā)射黑體輻射，這就是霍金輻射！

　　盡管霍金的這一想法剛提出時(shí)受到了普遍的質(zhì)疑，但后來(lái)，大部分科學(xué)家都得出結(jié)論稱：如果我們關(guān)于廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的其他觀念是正確的，那么黑洞必須像熱體那樣發(fā)射粒子和輻射。

　　但我們又知道，任何東西都不能從黑洞的事件視界之內(nèi)逃逸出來(lái)，黑洞怎么可能發(fā)射粒子呢？量子理論給我們的回答是，粒子不是從黑洞里面出來(lái)的，而是從緊靠黑洞的事件視界的外面的“空虛的”空間來(lái)的。

　　霍金在《時(shí)間簡(jiǎn)史》中解釋稱，“空虛的”的空間充滿虛粒子反粒子對(duì)。它們被一同創(chuàng)生，相互離開，然后再回到一起并且湮滅。如果黑洞存在，帶有負(fù)能量的虛粒子落到黑洞里可能會(huì)變成實(shí)粒子或者反實(shí)粒子。這種情形下，它不再需要和它的伴侶相互湮滅了。它被拋棄的伴侶可以落到黑洞中去。或者由于它具有正能量，也可以作為實(shí)粒子或反實(shí)粒子從黑洞的鄰近逃走。

黑洞視界附近的正反粒子對(duì)

　　而且，黑洞的質(zhì)量越小，其溫度就越高。這樣，隨著黑洞損失質(zhì)量，它的溫度和發(fā)射率增加，導(dǎo)致其質(zhì)量損失得更快。因此，小質(zhì)量的黑洞，霍金輻射強(qiáng)，它們很快就會(huì)蒸發(fā)掉，一個(gè) 10^15 克的黑洞被蒸發(fā)掉所需的時(shí)間與宇宙的年齡相仿。

　　由于逃離黑洞的輻射過于捉摸不定，因此“霍金輻射”很難得以證實(shí)。不過，據(jù)國(guó)外媒體 2016 年 4 月底報(bào)道，來(lái)自美國(guó)和以色列的兩個(gè)獨(dú)立研究團(tuán)隊(duì)稱，他們發(fā)現(xiàn)了足以支持“霍金輻射”理論的明確證據(jù)，但相關(guān)研究仍有待進(jìn)一步證實(shí)。

　　物理學(xué)界的江湖流傳著很多關(guān)于黑洞的傳說(shuō)，孰真孰假，唯有等待時(shí)間和科學(xué)來(lái)檢驗(yàn)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的黑洞其实不太黑，洞也不是那个洞？今晚，盘它！的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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