关于黑洞及其状态想象
混沌宇宙观之四
先生的博学多才令酒儿佩服至极。科学总是在想象中经过不断的实验论证发现真理的,希望先生的想象也能在不久的将来独树一帜!
“黑洞”概念,1967年由诺贝尔物理学奖获得者约翰•威勒提出,它是指一种时空黑暗区,其质量非常巨大,自身引力场使自己发出的光线都无法逃逸,任何外部物质包括光,只要经过其表面,就被它强大引力场吸入而无影无踪,其内部情形根本无法知道,起码现在是这样。
黑洞形成,据说是质量极大的超巨星塌陷,一般由恒星衰老而成,当其核心质量使塌陷速度达到光速时,也就形成黑洞,构成对外界全封闭系统。这种构成说只是推论,不过恒星塌陷已经被证明存在。
为什么恒星会出现塌陷呢?这个问题要先从恒星本身说起。我们知道,恒星成分多为最简单独立自在氢,根据天文学方面理论,幼年宇宙基本上由氢和氦构成,它们是已知最小原子量元素,其它元素都是后来核聚而成。
太阳上氢发生核聚变时,由两个氢聚变成一个氦,同时释放能量,这说明了宇宙形成由小到大的基本自在过渡形式,以及质量和能量转换。这些规律符合混沌哲学基本原理,事实上它也是混沌哲学诞生的直观依据。
恒星内部核聚反应,像连续引爆氢弹,释放能量就是光和热,这些能量使恒星像气球一样涨大,其本身重力又使恒星收缩,达到一种平衡也就构成我们可以看到的恒星。氢的消耗使核反应逐渐减缓,直到最终衰竭,于是恒星收缩。氢聚变质量损失很少,只百分之零点七,恒星基本上质量不变,只是被极力地收缩了体积,这样一来密度增加,就成了所谓白矮星,这就是太阳未来景况。
质量更大的恒星,因为收缩剧烈,可能发生“超新星”爆炸,造成自身毁灭。但如果特别巨大,也会因自身重力直接收缩成黑洞。虽然位置没变,但到达它的光都会被吸入,外界不能“看”到其存在,这就是黑洞命名由来,也是黑洞形成假说。
黑洞看不见,它有没有大小呢?天文学上有一个概念,叫作“史瓦西半径”,就是用来说明黑洞大小的。因为看不到,这种大小只能理论推算。按照爱因斯坦相对论,光速是宇宙速度极限,黑洞外层达到以光速都无法逃脱的临界时,它就算是黑洞表面了,这个半径就是“史瓦西半径”。
显然质量越大,这个半径也就越大,半径内情形根本无法观测,其内部与外界关系是单向的,只进不出,因此只能确定三个基本参数,那就是质量、电荷和旋转。显然“史瓦西半径”只是理论概念,当黑洞形成后,一切都应该浓缩成一个点,天文学上称为奇点。理论半径表层称为“事件穹界”,这是现代天文物理学推论。
黑洞说明到此,我们必须暂时放下,对黑洞内部情形的想象,不能完全按照简单物理学观点,它需要我的混沌宇宙观。
根据相对论,我们宇宙之中的时间和空间,可能相互重叠,当运动体质量与速度不断增加时,其自身时间与空间也会发生变化,物理实验证明过速度增加时间变慢,不过那只是基于地球物理,而且只是程度变化。广义相对论认为,引力是时间和空间曲线,也就是强大引力场可以使光变曲和时间变慢,这种理论发展成“时空穿梭”想象,成就人类很多幻想。韦尔斯的《时间机器》,以及著名影片《回到未来》,在纯粹童话和武侠童话之后,又给了人们科学童话的满足。
根据“时空穿梭”理论,我们已可以继续想象黑洞穹界内部情形。进入黑洞“史瓦西半径”之内的运动体,因为奇点强大重力场作用,将以光速(基于爱因斯坦光速是宇宙速度极限说法)向中心掉落。如果以外界人一般想象,它几乎一下就会达到中心奇点,但其本身会是怎样感觉呢?假如赋予其感觉的话。
因为运动达到了光速,运动体自身感觉到的时间会慢下来,慢到我们现在还无法确定的数值。这种感觉简单换位给外面的人,那这个运动体在进入黑洞后,可能要经过漫长时间才能到达黑洞奇心,不过究竟慢到怎样程度,现在还无法明确。
运动体达到黑洞穹界,获得光速进入黑洞,因为来自黑洞奇点的巨大引力,按照现代物理学推论,它还应该进一步加速,但这样一来就违反了光速是宇宙速度极限的结论,而爱因斯坦这一结论,正是相对论和现代物理学基石!
我想象到这里时非常困惑,以至开始怀疑:光速真的是宇宙速度极限吗?如果是,我们怎么想象运动体进入黑洞后的运动?如果不是,那不是动摇了现代物理学根基了吗?事关重大,不是我能回答得了,只是心存疑惑,不敢继续再想。
我当然可以不想,但天文学家们不能不想,因为这是他们的事业。爱因斯坦光速就是宇宙速度极限的论断,终于被人发起了挑战。科学挑战当然不能凭空想象,它必须以观测数据作基础,那是只有天文学家才可能做到的事。
发起挑战的人,的确就是一位当代杰出科学家。2002年8月8日,澳大利亚理论物理学家戴维斯宣布:根据他对太空中类星体上发出光线测量结果,他找到了光速不断减缓的证据!不要小看这一发现,如果这个结论被证实,奠基现代物理学的爱因斯坦相对论,可能被毁于一旦,那在天文物理学发展上,将是一次根本超越式革命。光速减缓加之时间单向,简单逻辑就可以推论,大爆炸宇宙形成时光速可能无限大,这直接就动摇了相对论光速恒定不变的根本!
戴维斯的结论,还有待于进一步证实,幸好如此我们还可以现代物理学思维继续进行思考,否则我们思维本身就已经乱成了一团!不过我不是搞天文物理的,我的思维可以不受约束,仍然想怎么想就怎么想。
根据戴维斯理论,我暂时认同光速不是宇宙速度极限,但可以沿用现代物理学思维,继续自身想象,尽管这本身已构成矛盾。
运动体进入黑洞,经过穹界被引力进一步加速,它也就获得了超光速,而且速度会越来越快。延续时空穿梭理论,这更高速度,必然使其自身时间和空间发生更显著变化,但具体会怎样变化,我这时还想象不出,只能按照相对论推论,认为它越来越慢。如此它自身感觉赋予外界,这个运动体在掉入黑洞之后,就不仅仅是慢了下来,而是将慢到永远落不到黑洞奇心,因为时间变慢极限是零。