书城科普仰望深邃
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第13章 星路历程(2)

当恒星耗尽其核能,那就没有东西可维持其向外的压力,恒星由于自身的引力开始坍缩。随着恒星收缩,表面上的引力场就变得越来越强大,而逃逸速度就会增加……其结果就是一个黑洞,这是时空的一个区域,在这个区域不可能逃逸到无穷远。

任何东西都不可能从一个黑洞走出,连光线也不能,因为只有超过光速才能逃离黑洞的表面。

我们只能想像黑洞,以及它形成之前的天上的坍缩。

我们也知道黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的一种暗天体,其特征是具有一个封闭的界面,外来的物质能够进入视界,而视界内的任何物质都不能逃逸而出,是极典型的只进不出。由于黑洞的巨大引力,洞内的时间已经凝结完全停止,而在洞外的空间则弯曲着把黑洞包裹严实,使这已崩坍的星和宇宙其他部分相隔离。

爱因斯坦见过黑洞吗?没有。

霍金见过黑洞吗?也没有。

迄今为止,谁也没有见过黑洞,这是为天上的启示所开启的可以修正可以继续的伟大的想像之一。最早想像黑洞并作了具体勾勒的是英国剑桥大学学监约翰米歇尔。1783年,他在《伦敦皇家学会哲学学报》上撰文说:一个质量足够大并足够紧致的恒星,会有极其强大的引力场,以至连光线都不能逃逸任何从恒星表面发出的光,还没到达恒星远处即被恒星的引力吸引回来。

没有一颗恒星能够永远存活下去。

人们一那些天才的人们正是在思索恒星之死的过程中,想像并且发现黑洞的。

20世纪30年代后期,恒星坍缩和黑洞理论开始渐渐形成。人们不能忘记蓝道苏联现代物理学之父。他曾经为恒星如何得到使自己发热的能量而感到迷惑,他揣摩着这样一种机制或者说可能:比如在太阳的中心,也许有一个尺度为10或20公里的、质量为太阳质量1/10的中子星,而太阳的气体逐渐落到这个中子星上,这种沉落会使太阳产生发热的热董。当斯大林的清算运动眼看要涉及蓝道自己时,这个无助的科学家便将一份手稿寄给哥本哈根的物理学家、诺贝尔奖得主玻尔,其中包括太阳是由在它中心的中子核来维持发热的思想,并请求玻尔能转给《自然》发表。玻尔做到了这一点,他能感觉到这是蓝道希望躲过牢狱之灾之举。蓝道还是以德国间谍的罪名被抓捕了,关押一年而且几乎丧命,后来在苏联科学界的巨大压力下被释放。

蓝道系狱期间,奥本海默和他的一个学生读到了蓝道的文章,并为此受到启发开始思考中子星和黑洞。“奥本海默采取的下一步骤是问自己:当大质量恒星死亡时会发生什么?奥本海默和斯尼德利用广义相对论计算了恒星的内向爆炸,他们看到了恒星会和外间宇宙相脱离,用我们今天使用的新的词语是进入到它自身的视界之内。《时间简史续编》)

然而,奥本海默是一个很奇怪的人,他拒绝考虑一些在别人看来是十分重要、对他而言又是易如反掌的问题,比如在视界之内恒星会发生什么变化?也就是说奥本海默已经发现某个边界了,在没有人禁止他往前跨一步的情况下,他只是发现却不去逾越。

由蓝道发端,奥本海默最先开始具体思考黑洞的含义和形成,“黑洞”这一术语却是直到1969年才由约翰·惠勒创造的。惠勒回忆说:

1969年,我们在纽约市阿姆斯特丹大道的太空物理研究所开会。我说,在最后结论之前,还必须把另一个东西提出来,这就是引力完全坍缩的物体。而你在重复诸如“引力完全坍缩物体”用词10次以后,就会觉得必须有一个更好的名字,这就是我开始使用“黑洞”这个术语的缘由。

恒星离我们如此之远。

黑洞却使人觉得既平常又新奇,这是科学需要想像、需要形象思维的一个例证。关于“引力完全坍缩物体”,知道的人是如此之少;关于“黑洞”却很快成为了大众语言。

自从约翰惠勒发明“黑洞”这个术语后,经常有朋友问:“如果黑洞是黑的,你怎么能看到它呢?”惠勒回答道:你曾经去过舞会吗?你看到过年轻的男孩穿着黑色晚礼服而女孩穿着白衣裳在四周环绕着,他们手挽手,然后灯光变暗的情景吗?你只能看到这些女孩,所以女孩是正常恒星,而男孩是黑洞。你看不到这些男孩,更看不到黑洞,但是女孩的环绕使你坚信,有种力量维持她在轨道上运转。

西方近几年的科幻作品以掉进黑洞为可怖的幻想,同时又有异想天开者企图穿过黑洞为星际旅行开拓通道。史蒂芬霍金警告说,你万万不能任性地跳进一个黑洞,这一点也不好玩,“如果你跳进一个黑洞,你会被撕裂并被压榨到完全不存在。然而,在某种意义上可以说,组成你身体的粒子继续在其它宇宙中存在下去。我怀疑对进入黑洞而被压制成像面条的人,知道他的粒子也许还存在,是否会感;到一些安慰”。

约翰,泰勒是伦敦国王学院的数学教授,他在20世纪70年代写的一本关于黑洞的畅销书中告诉我们:

实际上,由落到黑洞中心的物体会突然消失这个事实可知,引力和经典物理棋型本身包含了它毁灭的原因。现在,当它也许在最后的十万亿亿亿亿亿分之一秒的时间里被极力压缩,就在那一时刻起,时间和空间的性质大大地改变了。而且为了检测那最后的、绝对短暂的时间,随着所有物质流进去并且坍缩,它自身压缩并加热而得到非常高的能董,所以人们必须使用极高能量的效应。换句话说,你要重新经历一遍整个宇宙的开端,你回到了非常坍缩的状态。

在泰勒笔下,黑洞历险记的高潮是如何接近并到达黑洞中心,泰勒用了一个西方和东方人都能接受的比喻:剥洋葱。但,是无穷层数的洋葱,因而准确地说是剥一个永远也剥不完的洋葱,多剥一层少剥一层甚至剥与不剥都无所谓。问题是谁让你钻进黑洞中的呢?泰勒说:“你不断向黑洞中心接近,但永远不能到达,由于总有新的活动发生。可以想像一个无穷层数的洋葱,你一层一层地把它剥开,在有限的时间里只能剥一层,而你想到达该洋葱的中心。当你每剥一层时,它就是一个新的活动,你可以好比一秒钟剥一层,掉到黑洞去的情景很可能就像是这个样子。”布勒登卡特要说得更直截了当一些,他认为在黑洞里结束一个人的生命是非常刺激的方式,他喜欢这样做。这位巴黎天文台的研究主任可能会开启一种新的时髦的自杀方式跳进黑洞无论如何这比跳埃菲尔铁塔或塞纳河要舒服得多我想。

卡特说:

就在你看不到外面世界之前,你会看到一些事件发生,看到它们发生的速度正如烟火表演那么快。虽然你能看到未来发生的每一件事,但是从科学的观点看,它进行得如此之快,你根本没有时间进行分析,这其是令人沮丧。你无法全部吸收,最后事情会爆发得如此快,以至连你本身都被它毁灭。这是结束一个人生命的非常刺激的方式,如果有机会的话,我会采用这种方法。

霍金认为“量子力学允许粒子逃离黑洞,这是爱因斯坦的广义相对论不能允许的事淸”爱因斯坦还说过上帝不玩骰子。”霍金指出了爱因斯坦的“双重错误”广黑洞的置子效应暗示,不仅上帝玩骰子,而且它有时候把骰子丢到看不见的地方去。《时间简史续编》)

我想像黑洞。

我实在难以想像黑洞。

黑洞封闭着的、辐射着的,应是星之经典。虽说恒星的演化有“生来愈小寿命愈长”之说,但实际上就连最小的储存得最严实的星也有最后耗尽热能之日。

人世间死了一个人要哭要送葬,有的还要奏哀乐、开追悼会、念颂词,天上的星死了或者说没了天又何言?但,那黑洞却又使我困惑,依我这个外行之见,大约可以说黑洞是恒星之死,然而按照霍金辐射却又不能说那黑洞也是死的。我甚至想:在天上,星的生与死有那么严格如人之生死的界定吗?

至少,黑洞是不用埋葬的。

相反,黑洞还能埋葬别的。

再说就算黑洞是大恒星的躯壳,它为什么要留下躯壳?它最可以火葬了,像死人那样一烧了之。而且据约翰惠勒说黑洞是有温度的“跟太阳一般大的黑洞大约温度是高于绝对零度的一百万分之一度很微小,不过仍是有温度。”我们能不能这样说呢恒星死了,黑洞活着。

在银河系的气体云中,在很早很早以前,曾经有过更多更多的星星聚集。然而哪怕是直到现在仍时常由膨胀的、脉动的、爆发的星所喷出尘埃和气体补充的这些星云本身,最终也会耗尽自己。

你见过马头星云吗?

这是一堆冰冷的尘云,耸立在发光的热气体之中,犹如草原上昂首嘶鸣的骏马,其实只是流动的气体、尘埃云,它们也被称作宇宙之雾,这些雾比人类在实验室里造成的最高度真空还要稀薄。但,它们喜欢堆积,很深的堆积,遮蔽着星和星系,使整个天空更显得深邃而飘逸。

它们死亡,它们创生。

猎户座星云是一大团大到几乎说不清的气体云,内部包含着几颗发光发热的星,据称这团云也是星球创生之云。

一颗大星闪没了。

—颗幼星闪进来。

不少天体物理学家认为,更晚出生的星开始生活时,所含的氢较少,银河系所有不受约束的星料都以氦为主组成,以致新的恒星将不再有繁燃烧阶段而自趋消亡。再以后,银河系将不再包含新的恒星,也看不到曾作为银河系成员的超新星或大质量星的任何痕迹。巨大恒星以及它们的碎片即称为脉冲星的中子星,也将坍缩、崩溃而成为黑洞。

这时候,罩着银河系的球状星团也早消逝于黑暗之中。

在银河系圆盘内,数千亿岁老的轻量:级星的红外光,还会凄凉地持续地发出,就连这些星也会最终消逝,那光便愈来愈微弱。

这样的情景很容易使人想起霍金所说的宇宙中相当数目的太初黑洞。正是这些黑洞还残留着或者至少象征着宇宙的某些早期特征,比如在多大程度上,宇宙的表面是光滑而均匀的?我们头顶的星空,是黑洞密布的星空。

从太初黑洞到未来黑洞,就这样写着星星经典的历程。

有很长的时间,几乎是没完没了的时间,当银河系的白矮星发完最后的光成为黑矮星,也没有别的能来照亮它们所在的宇宙角落时,一个星系彻底衰退了。

黑矮星及同样看不到的伙伴们永远地不再发光,在太空。

啊,亲爱的朋友,当我行文及此仰望窗外深沉夜空时,我真想从心底里发出一种声音,撞击梦中的你:

有月无月的夜晚,我们都要仰望星空……