“黑洞”已被证实了,还有“白洞”和“虫洞”呢?

  4月10日晚,人类第一张“黑洞”照片全球发布,爱因斯坦在100多年前就预言可能存在的天体,终于向世人揭开了它神秘的面纱!

  人类史上首张“黑洞”照片,证实爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍成立 图/新华网

  与“黑洞”类似,科学家通过推算而预言可能存在的天体还有“白洞”、“虫洞”等。但它们都还处于“理论假说”状态,至今未得到证实。

  “白洞”、“虫洞”是否和“黑洞”一样真的存在?

  “计算出来的”神秘天体

  “黑洞”是巨大的恒星在生命末期坍缩形成的天体。它极度暗黑,光线都难以逃出;又极度“贪婪”,无情地吞噬着邻近宇宙区域的一切物质!

  “黑洞”的身世奇特,它不是被人类观察到后产生认知的,而是被科学家推算出来的。

  200多年前就有科学家推测,宇宙中可能存在一种质量巨大、引力强到连光都无法逃脱的天体。

  100多年前,爱因斯坦提出广义相对论,计算出了这种天体的若干性质。这一神秘天体,被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。

  “黑洞”研究再次验证了爱因斯坦的预言 图/视觉中国

  毕竟是推算出来的,连爱因斯坦都曾怀疑“黑洞”是不是真的存在。

  黑洞难以被人类观测到,是因为它引力太大,光线难以从它身边逃脱。而人类的眼睛能看到东西,依赖的就是反射光。没有反射光,它就在茫茫宇宙中隐身了。

  真正证实“黑洞”确实存在,是最近几年才发生的事。一次是2015年,两个黑洞合并产生的引力波信号被科学家“捕捉”到,这是人类首次“听”到黑洞。

  接下来就是这次了。全球科学家联手,将跨越欧洲、北美洲、南美洲和南极洲四大洲的8个射电天文望远镜组成网(EHT),模拟出了口径和地球一样大的望远镜。

  该望远镜的威力史无前例,其成像的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸!

  “事件视界望远镜”由位于四大洲的8台射电望远镜组成,构成一架和地球大小相当的虚拟望远镜 图/ EHT

  经十年筹备,这个人类史上最大的天文望远镜矩阵火力全开,一起聚焦宇宙深处5500万光年外、位于银河系中心的“人马座A星”黑洞。

  再经两年数据处理,这张震撼人心的黑洞照片终于面世。

  无疑,这是人类天文史上的里程碑,100多年来存在于科学家预想中的神秘天体终于被揭开面纱。

  吸进黑洞的物质去哪了?

  黑洞对周边的星际物质有极大的吸引力,会将一定范围内的天体和尘埃吸过来,连光都逃不掉。

  黑洞吞噬一切,所有物质只进不出。那么,这些物质和能量去了哪里?

  著名物理学家霍金完善了黑洞理论,提出了“霍金辐射”的假说,认为部分物质以能量的方式辐射到宇宙里去了。

  不过,也有科学家推断,这些物质和能量应该发生了转化,通过其他形式释放出去了。于是提出了“白洞”的理论假设。

  1991年时的霍金 图/英国《独立报》

  和“黑洞”不断吞噬物质相反,“白洞”只向外喷射物质。“白洞”的能量从何而来?科学家推断,就是来自于“黑洞”。

  一项新的理论指出,“黑洞”的死亡可能是以转变为“白洞”的方式进行的。黑洞的“霍金辐射”现象会对其自身能量产生损耗,质量也会逐渐减小,进而导致其吸力降低,从而逐渐衰亡。

  而爱因斯坦当年在研究广义相对论的引力场方程时发现,“黑洞”和“白洞”的奇点可能是连在一起的。那些被“黑洞”吞噬的物质经由奇点转移到了位于宇宙另一端的“白洞”中,然后被“白洞”喷射到宇宙中。

  “白洞”想象图 图/视觉中国

  一边是“黑洞”在不断地吞噬、摧毁,一边是“白洞”不断喷发、孕育,二者都存在于宇宙星系中,共同构成星辰系统生灭发展的动力,并且能量在相互转化中始终守恒。

  那么,“黑洞”吞噬的物质和能量,是怎么输入给了“白洞”的?除了“直接转化”的说法外,还有一种“能量转移”的观念。

  这就涉及到科学家设想中的另一个理论模型:“虫洞”!

  “时空隧道”或许在你身边

  科学家认为,“黑洞”和“白洞”之间能量输送的通道就是“虫洞”。

  “虫洞”或是通往宇宙另一端的捷径 图/视觉中国

  “虫洞”又名“时空隧道”、“时空洞”等。它连接在宇宙中的不同时间和空间之中,是物质和能量输送和循环的通路。被“黑洞”吸进去的物质,通过“虫洞”转移,最终通过“白洞”喷射出去。

  科学家猜测,宇宙中可能充斥着数以百万计的“虫洞”,除了连接“黑洞”和“白洞”的,还有的连接着不同的时空。

  对于“虫洞”,人们最关心的倒不是它能输送物质和能量,而是能实现“时间旅行”!

  物质和能量通过“虫洞”转移 图/视觉中国

  宇宙浩瀚,生命渺小。星际之间的距离,常用光年来衡量。人类生在其间,时常感觉困于一隅,认知和行程非常有限。“虫洞”的概念给人点燃了一种希望:通过它,或许可以走得更远!

  爱因斯坦的广义相对论中,三维空间是可以弯曲的,那么就有一种可能,人可以利用弯曲的时空,进行“时间旅行”。即借助于“虫洞”,实现“瞬间移动”。在极短时间内,就能跨越上万光年的距离,甚至从宇宙一端跨越到另一端。

  在一些科幻影视作品中,“时空穿越”的场景已经被呈现出来了。

  科幻电影《星际穿越》剧照

  霍金更给人鼓舞,他认为,虫洞就在我们身边。只不过它们过于细小,如果我们有办法将它找到,并将之无限放大,就可以借助它实现时空穿越。

  借助它,我们可以通过“时间旅行”穿越到未来或过去;也可以通过“空间旅行”,快捷地抵达宇宙的某处。

  当然,这一切还只是猜想。虽然已有了第一张“黑洞”照片,但目前科学对“黑洞”的研究还处于初级阶段,还有很多谜团待解。而至于“白洞”和“虫洞”,目前仅仅还只是理论模型而已,尚无任何确切存在的证据。

  不过“黑洞”的证实,已给了科学家以极大的信心。接下来一定会再接再厉、继续努力。不仅会深入开展“黑洞”的研究,也会设法研究“白洞”、“虫洞”以及其它可能存在的天体。

  电影《星际穿越》中呈现的“黑洞”/剧照

  科学研究就是要不断假设、推断,然后不断求索、验证。如今“黑洞”已经被证实存在,更进一步了解“白洞”和“虫洞”的真相,也应该不会太遥远了吧?!

  解剖一个“黑洞”,我们看看它的结构

  (以下资料整合自网络)

  【黑洞解剖图】

  恒星级“黑洞”系统示意图 图/观察者网

  艺术家绘制的“黑洞”示意图

  【关键词解析】

  1.奇点:

  在“黑洞”最深处,物质坍缩成的一个密度无限大的区域,被称为奇点。这里是所有落入黑洞的物质和能量的最终归宿。

  2.视界面:

  这是个以奇点为圆心向外的区域,在这个区域以内的物质和能量都无法逃脱黑洞引力的束缚,因此也被称作“不归点”。这就是黑洞为人所知的“黑”的部分。

  3.光子层:

  尽管黑洞本身是黑的,但来自周围炽热喷流和吸积盘中的等离子体的光子却可以辐射出来。在没有强引力的情况下,光子沿着直线传播,但在黑洞的视界面附近,引力强到足以弯曲光的路径,正因此我们看到环绕黑洞“阴影”的明亮光环。

  4.喷流:

  当一个黑洞吞噬恒星、气体或尘埃时,会从黑洞两极处接近光速地喷射出粒子流和辐射。这些喷流在宇宙中延伸的长度可达数千光年。

  5.最内稳定轨道:

  最内稳定轨道是物质能够稳定地保持绕黑洞旋转而不至于落入“不归点”的最小轨道。

  6.吸积盘:

  这是以极高速在黑洞附近盘旋的炙热气体和尘埃组成的一个物质盘。它产生的电磁辐射可以揭示黑洞的位置所在。盘上的一些物质免不了穿过视界面的厄运,同时另一些则可能会以喷流的形式被喷射出去。

  浩瀚星空,令人产生无尽遐想 图 /视觉中国

  探索宇宙空间,人类永不停步 /《星际穿越》剧照

  来源| 羊城晚报、金羊网、羊城派

  文字| 羊城晚报记者 夏杨

  图片 | 视觉中国、 ESO, ESA/Hubble,M.Kornmesser/N. Bartmann

  编辑 | 大方、夏欣逸(实习)

  校对 | 毕金华

  审核 | 鲁钇山

  签发 | 孙朝方

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