宇宙是有限的,但人們對宇宙的探索之心卻是無限的。
北京時間12月9日中午兩點,馬斯克的太空探索技術公司進行了本年度的第28次發射,這次的發射任務是把NASA的一枚成像X射線偏振器送上太空,它搭載了由三個特殊探測器組成的太空望遠鏡,旨在通過觀察黑洞等高能天體,探尋宇宙的起源和命運。
從2019年第一張黑洞照片問世開始,近些年來有關黑洞的研究可謂熱度不減,但黑洞的曆史其實遠比我們想象中的長。
1783年,劍橋教師約翰.米歇爾首次在《倫敦皇家學會哲學學報》中發表了關于“暗星”的論文,約翰提出,假如有一顆質量和密度都足夠大的恒星,它将會有足夠大的引力,以至于連光都無法逃脫,這便是黑洞的雛形。
1915年,愛因斯坦通過廣義相對論證實了引力的确會影響光,随後德國天文學家史瓦西給出了愛因斯坦的方程解,這個解表明當大量物質集中于一點時,周圍将會産生“視界”,進入該界面後包括光在内的所有物質都将被吸進去。
不過這時的黑洞還叫“暗星”,直到1967年,約翰.惠勒才正式确定了黑洞這一名稱,并獲得了科學界的一緻認同。
在2019年4月10日,面向全世界公布的首張黑洞照片裡,雖然黑洞看起來就像是燃燒的蜂窩煤裡的窟窿,但它的本質和太陽、地球一樣,都是天體,或者說球體。
唯一不同的是,黑洞是大質量恒星爆炸時殘餘的産物:當恒星的内部停止熱核反應後,在自身引力的影響下,外殼開始向核心施壓,質量巨大的核心在外殼的重壓下發生坍縮。當核心的大小坍縮到小于它自身的史瓦西半徑後,巨大的密度将導緻時空扭曲,直到連光也無法向外射出時,黑洞就誕生了。
由于連光都飛不出黑洞的視界範圍,所以長期以來物理學家們研究黑洞,其實都是在黑洞之外研究的,并不知道被黑洞吞噬的物質最後去哪了。
英國物理學家霍金生前認為,黑洞在吸收物質的同時也會釋放輻射,蒸發自身質量。随着時間推移,黑洞質量越來越小,蒸發速度越來越快,最後在“反坍縮”的大爆炸中會形成白洞,源源不斷地向外噴射物質。
也就是說,白洞是黑洞的反演,這個同樣脫胎于愛因斯坦廣義相對論中的天體,有着和黑洞完全相反的特性:黑洞的引力無窮大,白洞則是斥力無窮大,即便是一束筆直的光線射入白洞,也會一個粒子不少的反彈回來。
看到這裡有人會想了,既然白洞與黑洞呈現完全相反的性質,并且兩者都存在着強大的時空扭曲,那麼黑洞到白洞會不會就是一場穿越蟲洞的時空旅行呢?
也許黑洞和白洞正是蟲洞的入口與出口,進入黑洞的物質從白洞出來,會不會抵達宇宙的另一端,甚至是另一個宇宙?
以上這個異想天開的假設其實也被廣義相對論允許了,因為廣義相對論認為宇宙時空是充滿曲率和彈性的,當兩個質量巨大的物體彎曲到時空的同一個點時,理論上它們可以通過橋接,在兩點之間建立蟲洞。
想象一下:我們人類是一張二維紙上的螞蟻,要從一頭到另一頭,除過直線距離最短,我們還可以把紙折疊一下,在起點與終點重合的地方戳個洞,這時我們隻要跳下去,就到達了另一端。
把上面這個想象代入三維的宇宙中,就是蟲洞的本來面目和作用,即用最短的時間跨越千萬光年的距離。
但通常來講扭曲時空所形成的蟲洞極不穩定,崩塌和消失的速度會非常快,目前的科技也不允許我們親身進入黑洞内一探究竟,雖然量子力學認為在微觀世界也存在蟲洞,但我們很顯然不可能把人縮小到量子水平。
總體來說,雖然我們至今仍沒有發現蟲洞和白洞存在的确切證據,但在物理學中還許多設想中的模型也都沒有被完全證實,其實隻要它的數學模型理論自洽,就意味着它們可能是存在的,隻是在等待我們去發現而已。
有話要說...