在科幻小说,黑洞常常作为通往其它世界的通道,会通往宇宙的其它部分,甚至是另一个完全不同的宇宙。但是现实更为复杂。在科幻小说之外,掉进黑洞可不是个好事。
即使如此,掉如黑洞的人能有至少一次机会逃脱,有可能会回到原来生活的宇宙,也有可能到达另一个完全不同的地方。这是因为,黑洞自身会把空间扭曲,所以它可以把通常情况下遥远的两个点变得更近一些。
可以用折纸来类比这个现象。在纸上画一条线,它的样子跟纸的形状有关,如果把纸弯曲起来,它就从直线变成曲线,但它的长度并没有改变。虽然线的长度没有改变,但是在空间中,两个端点之间的最短距离变短了。理解这一点需要学习爱因斯坦的相对论以及它对引力的影响。
逃脱黑洞的引力
一个很重要的知识是,黑洞并不是空的,而是很大质量体集中在了一个很小的点上,即奇点。事实上,奇点是体积无限小、密度无限大的。(在这一点上,科学家之间有一些争论,但是目前大多科学家赞同这个观点。)
当在靠近黑洞时,逃逸速度——逃离黑洞所需的速度——将会上升。在某一点上,逃逸速度会大于光速,即186282英里/秒(299792公里/秒)。相比之下,在地球表面的逃逸速度约为25000英里/小时(40270公里/小时)。
因为没有什么能比光速更快,这就意味着什么都不能逃脱黑洞。但有这一个漏洞:黑洞并不会把周围的一切都吸起来,就像吸尘器或浴缸排水口一样。黑洞的力量只在“事件穹界”内,就是黑洞中没有物体能够逃离的部分。随着物质被吸入黑洞,“事件穹界”的半径会变大。也许可以把黑洞看成一个球,它的表面能让物质进入,却不能让它们再出来。
在这个球中有什么是天体物理学最大的未解之谜。要知道,大多数科学家认为黑洞是一个奇点。所有被吸进去的物质都能帮助黑洞质量增长(例如恒星),吸入的物质会在一个密度无限大的点上被引力粉碎。如果有人陷入一个黑洞,在通常情况下,那人先会被天体引潮力拉成意面一样的长条,然后被粉碎得片甲不留。那人的质量会增加“事件穹界”的半径。
最终那人会变成霍金辐射被黑洞发射出来。物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的计算表明,黑洞会释放出光子。这样,黑洞的质量就会减少,因为根据爱因斯坦著名的E = mc^2方程,能量和质量是相等的。黑洞最终会蒸发、消失,但是这会花很长的时间。
有太阳质量的黑洞——放在宇宙中比较是很小的——需要10^87年的才能蒸发消失,变成一束伽玛射线。宇宙大约140亿岁,即1.4 x 10^9岁。,在黑洞要多久消失上,科学界有一些争论,因为霍金辐射并不会显示被吸入黑洞的是什么;但是被吸入黑洞变成射线还是很可怕的。
那么用虫洞怎么样?
可能还有一个逃脱黑洞的好方法:用重力使空间弯曲。(想象一个相扑选手在垫子上滚动,用自己的体重把垫子压扁)。所有物体都能产生一个“重力井”,重力井的“井底”就是这个物体的中心。例如,一颗行星有自己的重力井,当离这个星球的中心越近,就离重力井的井底越近。用那个垫子来类比的话,所以物体都有形状像坑一样无限深的重力井。
黑洞不象正常的物体一样,但这对被吸入黑洞的人是有利的。空间的曲率一直上升,直到黑洞中心的奇点,奇点的曲率是无限的。黑洞不像一个坑,越往黑洞的中心,它的侧壁就越陡峭,直到侧壁基本垂直,所以黑洞的形状就像一个无限深的漩涡。
这就是为什么它是一个未解之谜。科学家们用爱因斯坦的相对论来描述空间的弯曲现象,但爱因斯坦的方程却不适用于黑洞的奇点。这些奇点很小,而且在这一点上,人们能看到量子力学的效应。然而,没有人能够将量子力学与引力结合起来,从而分析出奇点看起来是什么样的。
更奇怪的是,黑洞不是静止的。实际上,在宇宙中的所有物体都会旋转。这意味着,如果它能够旋转地足够快的话,它会成为一个环,而不是一个点。由奇点画出的圈能够变成通向另一个宇宙的门(就像在1994年的科幻小说《圈》中一样,它的作者是史蒂芬·巴克斯特(Stephen Baxter),由HarperCollins出版)。所以黑洞可以成为虫洞,在空间和时间中的通道。
这个想法十分引人入胜,因为只要进入了“事件穹界”,无论怎么移动,最后都会到达奇点。但是由奇点构成的圈就不一样了,它并不一定会将吸入黑洞的物质全部粉碎,因为这个圈会十分神奇地把时间和空间扭曲。
然而,由奇点构成的圈变成的传送门并不一定存在。首先,没有人知道这个圈会如何出现。另一个方面是,当人们试着算出黑洞和它其中的虫洞时,如何保持这个虫洞稳定是一个大问题。“在实际中,虫洞仍然被认为是非常不稳定的东西。”芝加哥洛约拉大学的物理学副教授Robert McNees说。此前的其他理论家的研究似乎表明,制造虫洞的唯一潜在方法就是所谓的“异常物质”,它们的质量为负。但是人们还不清楚这到底是什么。
这带来了根本性的问题:虽然大多数科学家认为黑洞能变成虫洞,但是“没有量子引力的理论,这样的问题很难得到一个总结性的答案。”McNees说。
另一个问题是,没有人观察到过凭空出现的东西,因为人们会认为如果黑洞是通往另一个宇宙的通道,就可能也会有一些东西从那里过来,即使是偶然过来的。一套理论甚至提出,黑洞会创造出其它的宇宙,引起了其它宇宙的“大爆炸”——就像创造了我们所生活的宇宙的大爆炸一样——但是这个理论还有争议。
最后,还有人把黑洞通道理解为时间旅行。根据相对论,在宇宙中不存在“现在”这一说。在宇宙中瞬间从A点到B点也和时间旅行有关,人们可能会在离开前就到达了。物理学家史蒂芬·霍金指出,因为现在没有人发现过时间旅行者(至少没有报道),所以时间旅行在我们生活的宇宙中似乎不太可能,这就表明黑洞似乎也不太可能产生虫洞。
所以尽管黑洞有可能是通往其它宇宙的通道,但是这个可能性不大。
(译言网 译者: FreemanZ 原作者:Jesse Emspak)