为什么黑洞是宇宙中最神秘的谜团?

在晴朗的夜晚,人们仰望星空。那些闪闪发光的小星星好像没有什么个性。它们存在的唯一证明就是它们的亮度。但是,还有不发光的星星,它们的意义就更重大了。美国国家航空航天局曾经发射了一个高能天文观测系统来研究太空中的不可见光。在发回的X射线宇宙照片中,最令人惊叹的一幕是,那些曾经被认为已经“消失”的恒星仍然发出强烈的宇宙射线,远远超过太阳这样的恒星。这就证明了一个奇怪的想法,宇宙中长期存在一个看不见的“黑洞”。

黑洞的本质不能用常规的观念去思考,但它的原理是中学生可以接受的。黑洞形成的必要条件是一个巨大的物体集中在一个非常小的范围内。已故的明星恰好有这种情况。当恒星能量耗尽,高温火焰无法抵消自身引力,逐渐向内收敛,原子收缩——牛顿定律起作用:恒星进入白矮星阶段,体积变小,亮度惊人。白矮星进一步凝聚,最后突然变成一个点,整个过程不到一秒。在我们看来,恒星消失了,黑洞诞生了。

像太阳这么大的恒星引力如此之大,最终可能会缩小成高尔夫球,甚至“一无所有”。由于密度无限大,坍缩的恒星具有不可思议的引力,附近的所有物质都可能被吸进去,甚至光都无法逃逸——这就是看不见它的原因。这个深不可测的洞被称为“黑洞”。科学家认为大多数星系的中心都有黑洞,包括我们居住的银河系。根据相对论,宇宙的90%消失在黑洞中。所以更令人惊讶的说法是:“无限黑洞就是宇宙本身。”

黑洞里有什么?我们只能从理论上推测。如果一个勇敢的人驾驶宇宙飞船飞向黑洞,他首先感受到的是无情的引力。向窗外望去,是一个被周围星光映衬的泛状圆盘,越来越近。远处看似宽广的“视界”发出X射线,包围着深不可测的黑洞。光线在附近扭曲,形成一个光晕。此时,宇航员回家已经太晚了。他的脚把他带到了黑洞的中心。他的头和脚之间巨大的重力差让他坐在刑台上,距离“地平线”3000英里,重力把他撕成了碎片。

那么,怎样才能在茫茫太空中找到黑洞呢?天文学家使用光学望远镜和X射线观测设备密切关注几十个“双子座”星座。它们的特别之处在于,两颗恒星大小相等,谁也捕捉不到谁,所以它们相互环绕。如果其中一颗恒星轨道变化不规则,亮度降低或消失,可能是因为附近有黑洞。

图为银河系中心的星云系统。图像中心的亮点是银河系附近一个大黑洞X射线爆炸的产物。这个大黑洞大约是太阳的260万倍。人类为探索黑洞进行了不懈的努力。最成功的一个是在肯尼亚发射的第一个X射线卫星观测系统,称为“Uhuru”。运行三个月后,这个设备感觉到了天鹅星座的异常。X-1恒星天鹅座发出的“无线电波”使人们能够准确确定它的位置。X-1比太阳大20倍,距离地球8000光年。研究表明,这颗明亮恒星的轨道发生了变化,因为它的隐形邻居,一个5到10倍于太阳大小的黑洞,围绕X-1旋转了5天,它们之间的距离为13万英里。这是人类最早确认的黑洞。

自哥白尼和伽利略以来,没有任何关于宇宙的理论如此具有革命性。一旦黑洞的普遍性被证实,那么“宇宙不仅比我们想象的更加神秘,而且比我们能够想象的更加神秘。”我们知道宇宙在不断膨胀,这是“宇宙核”最初爆炸的结果,宇宙核仍然是一切物质的源泉。当那里的物质变得越来越稀薄时,宇宙停止膨胀了吗?天体的巨大引力最终会导致宇宙收缩吗?相对论回答:是的。黑洞的存在部分证实了它的预测。就算宇宙不消失在黑洞里,也可能消失在几百万个黑洞里。此外,彻底揭开黑洞之谜,也意味着对人类最终命运的思考给出了明确的答案。