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黑洞的表面是奇妙的視界,那麼黑洞的內部又是怎樣的情況呢?

黑洞的表面是一個奇妙的視界,那麼黑洞的內部又是怎樣的情況呢?

由於黑洞中心的引力無窮大,因此黑洞視界內的物體不能保持靜止,也不可能像地球繞太陽旋轉一樣以穩定的軌道繞黑洞中心轉動。

任何物體一旦進入黑洞的視界,都必將以光速向黑洞中心墜落。由於黑洞內部的引力異常強大,它的起潮力也異常強大。任何進入黑洞視界的物質,都會被無比強大的起潮力扯得粉碎,從而完全喪失它原來所具有的各種物質屬性。這些被粉碎的物質彼此極為緊密地擠壓在一起,成為一個密度無限大而體積為零的點。人們稱這一點為中心奇點。在奇點四周,黑洞視界以內的其他地方則都是空空蕩蕩、一無所有。

對於外界觀測者來說,黑洞是一個統一的整體,它只有質量、電荷和角動量這三個基本物理量。這就是根據廣義相對論得到的黑洞形象:一個由封閉球面所圍成的暗黑而空虛的空間,它中心的一點密度為無窮大。

黑洞候選者

黑洞問題使科學家們興趣盎然,然而,宇宙空間中真實的黑洞究竟在哪裡呢?時至今日,尋找黑洞的工作也進行了二三十年,黑洞究竟找到了沒有呢? 由於黑洞是根本看不見的,所以搜尋黑洞的工作顯得極其困難。要尋找它,只能從它對外界的作用下手。

黑洞,一個神奇的世界

黑洞是一種極為奇特的天體,它既不像恆星,更不像行星,嚴格來講它並不是星,而只是宇宙空間的一個區域。這個區域的表面是一個封閉的球面,人們稱之為視界。黑洞的視界是一個比魔術師手中的魔杖還奇妙的東西。它將黑洞的內部與外部空間完全隔離開來,外來的輻射和物質可以進入視界之內,而視界的任何物質都不能跑到視界之外。

黑洞的視界還有一個很有趣的性質。由於黑洞的強引力作用,牛頓引力定理在黑洞附近的空間早已不適用,而根據廣義相對論,強引力場使黑洞附近的時間變慢,並且離視界越近,時間變得越慢。如果把一個時鐘放在黑洞的視界上,時鐘就會停頓。時間是一種頻率的周期性過程,與時間一樣,其他頻率的周期性過程在黑洞附近也會發生頻率變慢的問題。頻率變慢即波長變長。因此,天體越靠近黑洞,它的光譜紅移就越大。

黑洞附近的強引力場不僅使時間變慢,也使得經過它附近的光線發生嚴重彎曲。而且引力場越強的地方,光線彎曲的程度也越厲害。起初,天文學家們希望,黑洞恰巧是雙星系統中的一個成員,在它圍繞著雙星系統中另一顆星旋轉時,就能將它察覺和找出來。他們在這方面也確實做了大量的觀測和搜尋工作。轟動一時的黑洞候選者——御夫座ε星的伴星就是通過這樣的觀測之後提出來的。

御夫座ε星是交食變星,也是分光雙星,它的主星是一顆明亮的超巨星,肉眼即可看見。當它的伴星通過主星前面把很亮的主星擋住時,整個雙星系統就變得非常暗。而在非交食期間,伴星又完全看不見。這顆看不見的伴星是一個黑洞嗎?只能說有這種可能,因為目前的觀測資料還不能排除其他可能性。

難解之謎

經過科學家們幾十年的努力,黑洞的理論研究工作有了很大的進展,黑洞的實際搜尋工作也碩果累累。然而,圍繞著黑洞問題至今仍有許多謎還未解開。

首先,黑洞這種天體在現實世界中是否確實存在,目前還有疑問。儘管由於廣義相對論是當今最好的引力理論,並且它已經經受了許多實驗和觀測的考驗,因而人們相信它所預言的黑洞是存在的。但是,由於黑洞理論中還有未解決的難題,黑洞的搜尋也還缺少十足的證據。因此,科學家們對黑洞的存在目前並沒有百分之百的把握。

其次,黑洞理論中尚有一些目前無法解決的難題,例如黑洞的中心奇點問題。黑洞的中心奇點狀態是根據廣義相對論得出來的,顯然這種狀態是不可能存在的。然而,黑洞中心不是奇點狀態又應該是怎樣的一種狀態呢?黑洞中心奇點問題的提出,說明在黑洞中心附近極為特殊的物理條件下,廣義相對論理論可能已經不再適用,需要有新的正確的理論來取而代之。當然,這並非易事,它吸引著許多科學家躍躍欲試。 隨著時間的推移,黑洞之謎必將逐步徹底揭開。同時,黑洞問題的解決也必將會給人類對自然界的認識帶來新的飛躍。


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