图解宇宙间的通道黑洞在我们的宇宙中

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通道|图解|天体|引力|黑洞---傻大方小编总结的关键词

在我们的宇宙中，并非只有看上去浪漫的星河灿烂，主宰一切的质量与能量也会布下危险的黑色陷阱。通过科幻小说、电影甚至报章媒体中黑洞素材，大部分人会觉得那是宇宙中神秘且遥远的地带。黑洞像地球上的“死亡谷”，任何东西接近它都终将被它“深深吸引”，消失在浩瀚宇宙之中。它们都去哪里了？今天的解密，我们就来一起认识下宇宙间的通道——黑洞。

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我们的宇宙就像是俄罗斯套娃的一部分，可能栖身于一个黑洞内，而这个黑洞本身又是一个更大宇宙的一部分。黑洞的存在已被天文学界和物理学界的绝大多数研究者所认同，天文界并不时提出于宇宙中观测发现到已存在的黑洞。迄今在宇宙中发现的所有黑洞——从微小黑洞到超大质量黑洞——可能都是通向其他世界的通道。

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黑洞并非什么神奇的天体，它遵循一切物理定律，它的形成机制也不难解释，就是无处不在的引力。当某些宇宙天体的生命走到尽头、自身的引力变得极端、开始压倒一切的时候，就有可能变成黑洞。黑洞的质量如此之大，它产生的引力场是如此之强，以致于任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也逃逸不出来。理论推导，到怀疑，到深信不疑，人类认识黑洞的历史算得上就是宇宙学发展的历史，黑洞

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在牛顿发现万有引力定律之后，早在18世纪，英国科学家约翰·米歇尔（JohnMichell）和法国数学家拉普拉斯（Pierre-SimonLaplace）就分别提出过设想：因为万有引力，可能存在一种足够小并且足够重的天体可以吸引周围的一切，甚至连光线都无法逃脱。只是这种设想在当时无法得到证实。

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在整个19世纪，这个设想并不受欢迎，因为在1801年，托马斯·扬通过双缝衍射实验无可争议地证明了光不是一种粒子而是一种波，当时人们认为波不会被引力所束缚，黑洞设想也就成了一种无稽之谈。直到广义相对论的诞生，黑洞的存在才有了科学基础，也使人类研究和探索黑洞成为可能。

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1915年12月，在爱因斯坦发表广义相对论1个月后，德国天文学家卡尔·史瓦西即得到爱因斯坦场方程的精确解，能够对于点质量与球形质量所产生的引力场给出描述。该精确解算出，如果某天体全部质量都压缩到很小的“引力半径”范围之内，所有物质、能量（包括光线）都被囚禁在内，从外界看，这天体就是绝对黑暗的存在，也就是“黑洞”。

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1967年，英国剑桥的一位研究生约瑟琳·贝尔发现了天空发射出无线电波的规则脉冲的物体，这对黑洞的存在的预言带来了进一步的鼓舞。在黑洞这个概念刚被提出的时候，共有两种光理论：一种是牛顿赞成的光的微粒说；另一种是光的波动说。

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正是因为一切物质甚至包括光线只要一进入黑洞的视界，就都无法再逃离，所以人类无法直接探测到黑洞的存在。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。比如说，恒星在被吸入黑洞时会在黑洞周围形成吸积气盘，盘中气体剧烈摩擦，强烈发热，而发出X射线。借由对这类X射线的观测，可以间接发现黑洞并对之进行研究。

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黑洞既然是存在的，我们怎样才能感觉它的存在？目前公认的理论认为，黑洞只有三个物理量可以测量到：质量、电荷、角动量。也就是说：对于一个黑洞，一旦这三个物理量确定下来了，这个黑洞的特性也就唯一地确定了，同时，黑洞上不存在如立方体、椎体或其他有凸起的形态。这称为黑洞的无毛定理，或称作黑洞的唯一性定理。

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黑洞不可能被直接观测到，这个宇宙中的另类“时空漩涡”拥有强大的引力，对时空和空间而言，是一种灾难性的统治力量，也可以认为黑洞是宇宙中最极端的空间环境。黑洞是看不见的，就像空间的“虚无”融合在黑暗的宇宙中。

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1970年，美国的“自由”号人造卫星发现了与其他射线源不同的天鹅座X-1，位于天鹅座X-1上的是一个比太阳重30多倍的巨大蓝色星球，该星球被一个重约10个太阳的看不见的物体牵引着。天文学家一致认为这个物体就是黑洞，它就是人类发现的第一个黑洞。

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2013年2月，美国航空航天局(NASA)称，宇宙中最年轻的黑洞可能就藏在图片中的区域内，而且，黑洞与地球的距离非常近——在太空尺度上。图片及其中的信息来自NASA的钱德拉X射线望远镜。该超新星残留名为W49B，年龄约为1000年。在140亿年的宇宙历史中，这不过是短短一瞬，我们的太阳系也已经有45亿年的历史。

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这一天体有怎样的魅力拥有这么多追随、一探究竟的“粉丝”呢？黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为“吸积”。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。

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一旦物质被拉向黑洞，它会在黑洞边缘旋转，并在被吞噬之前甩掉部分角动量。磁性便是在这一过程产生的。在气体绕黑洞盘面边缘旋转时，会产生自己的磁场，这个磁场会抛射盘面的气体远离黑洞。这些喷射物会从距离黑洞最近的气体内部“盗取”能量。随后，气体速度慢慢减缓，最终被这个黑暗的魔兽所吞噬。

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根据一个离奇古怪的新理论，有科学家认为，黑洞其实是宇宙间的通道——一种虫洞。如果这理论是正确的，将会有助于解释例如黑洞信息悖论等量子难题。来自法国巴黎高等科学研究所的物理学家和来自德国不莱梅国际大学的物理学家曾提出这样一个观点——黑洞其实就是虫洞。

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在黑洞的周围，是一个无法侦测的事件视界，标志着无法返回的临界点。从理论上讲，虫洞是连结白洞和黑洞的多维空间隧道，无处不在，但转瞬即逝。这种理论认为，黑洞吸收的物质没有如预测的那般被破坏成一个点，而是在黑洞的另一端喷涌出一个“白洞”。所谓白洞是广义相对论预言的一种与黑洞相反的特殊天体。

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引起空间扭曲的小球在三维世界的例子就是黑洞。黑洞事实上是存在于四维空间的一种现象，或者说，黑洞是连接三维世界与四维空间的通道。有可能通过对黑洞的深入研究，找到克服四维空间的办法。

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原初黑洞是理论预言的一类黑洞，目前尚无直接证据支持原初黑洞的存在。宇宙大爆炸初期，宇宙早期膨胀之前，某些区域密度非常大，以至于宇宙膨胀后这些区域的密度仍然大到可以形成黑洞，即为原初黑洞。质量非常小的原初黑洞可能已经蒸发或即将蒸发，天文学家期待能观测到某些原初黑洞最终蒸发时发出的高能伽玛射线。

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美国印第安纳大学物理学家尼克蒂姆-波普拉维斯基(Nikodem Poplawski)提出了一种新的数学模型，用以描述坠入黑洞物质的螺旋运动。按照波普拉维斯基得出的方程式，这种虫洞是“时空奇点”的切实可行的替代物，著名物理学家阿尔伯特-爱因斯坦预测“时空奇点”存在于黑洞的中心。

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1974年，英国物理学家史迪芬·霍金于做出预言，黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。整个科学界为之震动。霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论。他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。

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黑洞也有灭亡的那天，按照霍金的理论，在量子物理中，有一种名为“隧道效应”的现象，即一个粒子的场强分布虽然尽可能让能量低的地方较强，但即使在能量相当高的地方，场强仍会有分布，对于黑洞的边界来说，这就是一堵能量相当高的势垒，但粒子仍有可能出去。

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