我們用愛因斯坦創建的廣義相對論——引力學來理解黑洞的動力學,並理解它們怎麼會使內部的所有事物逃不出邊界。引力學說適用於行星、恒星,也適用於黑洞。愛因斯坦在1916年提出來的這一學說,說明空間和時間是怎樣因大質量物體的存在而發生畸變的。簡言之,廣義相對論說物質彎曲了空間,而空間的彎曲又反過來影響穿越空間的物體的運動。
愛因斯坦的學說認為質量使時空彎曲。我們不妨在彈簧床的床麵上放一塊大石頭來說明這一情景:石頭的重量使得繃緊了的床麵稍微下沉了一些,雖然彈簧床麵基本上仍舊是平整的,但其中央仍稍有下凹。如果在彈簧床中央放置更多的石塊,則將產生更大的效果,使床麵下沉得更多。事實上,石頭越多,彈簧床麵彎曲得越厲害。
同樣的道理,宇宙中的大質量物體會使宇宙結構發生畸變。正如10塊石頭比1塊石頭使彈簧床麵彎曲得更厲害一樣,質量比太陽大得多的天體比等於或小於一個太陽質量的天體使空間彎曲得厲害得多。
如果一個網球在一張繃緊了的平坦的彈簧床上滾動,它將沿直線前進。反之,如果它經過一個下凹的地方,則它的路徑呈弧形。同理,天體穿行時空的平坦區域時繼續沿直線前進,而那些穿越彎曲區域的天體將沿彎曲的軌跡前進。
假如在彈簧床麵上放置一塊質量非常大的石頭,石頭將大大地影響床麵。不僅會使其表麵彎曲下陷,還可能使床麵發生斷裂。類似的情形同樣可以在宇宙出現。若宇宙中存在黑洞,則該處的宇宙結構將被撕裂。這種時空結構的破裂叫做時空的奇異性或奇點。
那麼,為什麼任何東西都不能從黑洞逃逸出去呢?正如一個滾過彈簧床麵的網球,會掉進深洞一樣,一個經過黑洞的物體也會被其引力陷阱所捕獲。而且,若要挽救運氣不佳的物體需要無窮大的能量。
我們已經說過,沒有任何東西能進入黑洞中而再逃離出來。但科學家認為黑洞會緩慢地釋放其能量。著名的英國物理學家霍金在1974年證明黑洞有一個不為零的溫度,有一個比其周圍環境要高一些的溫度。依照物理學原理,一切比其周圍溫度高的物體都要釋放出熱量,同樣黑洞也不例外。一個黑洞會持續幾百萬萬億年散發能量,黑洞釋放能量稱為“霍金輻射”。黑洞散盡就是所有能量的消失。此外,黑洞還能釋放紅外線。當超大質量黑洞發生碰撞後就會形成持續的“紅外線晚霞”,這些晚霞能持續發光10萬年。借助於美國宇航局“斯皮策”太空望遠鏡並利用其紅外探測功能可觀測到此類紅外線呈現絢麗晚霞的景象。
我們都知道因為黑洞不能反射光,所以看不見。在我們的腦海中黑洞可能是遙遠而又漆黑的。但霍金認為黑洞並不如大多數人想象的那樣黑。他指出黑洞的放射性物質來源是一種實粒子,這些粒子在太空中成對產生,不遵從通常的物理定律。而且這些粒子發生碰撞後,有的就會消失在茫茫太空中。一般說來,可能直到這些粒子消失時,我們都未曾有機會看到它們。
黑洞無疑是當今最有挑戰性、最讓人興奮不已的天文學說之一。許多科學家也正在不斷地努力揭開它那神秘的麵紗。相信不久會有更多的新成果展現在我們麵前。
被“吞沒”的地球
——太陽係的未來預測
太陽一直給地球提供充足的光和熱,使得地球生命在陽光的愛撫之下得以繁衍生息。然而,英國天文學家們預測太陽有可能會膨脹為一顆紅巨星,最後地球和太陽將“親密接觸”,進而太陽將“吞沒”地球。那麼,未來地球的發展命運將會如何呢?
太陽是否真的會如天文學家們預測的那樣,有可能會膨脹為一顆紅巨星呢,屆時,它的表麵不斷擴張,甚至會達到地球軌道,最後地球和太陽將“親密接觸”,進而太陽將“吞沒”地球。這種預測是否可靠呢?未來地球將何去何從?人類一直對這些問題非常感興趣。
美國天文學家利用大型望遠鏡,在宇宙中新發現了一顆紅巨星(氫元素消耗殆盡的恒星)和圍繞著它的行星。根據這一發現,科學家預測,當太陽膨脹成為一顆紅巨星時,它的表麵不斷擴張甚至能夠達到地球軌道,從而出現地球和太陽發生“親密接觸”的現象。
領導此項研究的是美國賓夕法尼亞州立大學的亞曆克斯·沃爾茲紮,他於1992年發現了首顆太陽係外行星。除他之外,波蘭哥白尼大學、美國麥克唐納觀測站和加州理工大學的科學家也參與了最新的研究。科學家發現,宇宙中許多恒星在它們行星的周期運動影響下,會交替性地接近或遠離行星。利用這一點,即多普勒效應,研究人員反複測量該恒星的光譜,從而推斷出了該紅巨星及其行星的存在。