广义相对论,被称为最完美的物理理论,空间是一张网,看不见却无比宏大,存在于整个宇宙;存在于空间中的物质时时刻刻与空间相互作用,物质弯曲了空间,改变了时间的流逝速度,弯曲的空间又使物质运动。
相对论时空观不仅停留在用自然语言表述,而且用数学公式描述了物质质量和空间弯曲之间的精确关系。
一定质量的物质,多大程度上弯曲了空间,减缓了时间流逝,借助相对论的数学公式,都可以精确地计算出来。
数学公式使用起来固然很困难,但不妨试想一下,手里拿着相对论的数学公式,眼里观察着天体运动,一切有条不紊的运行,和心里计算出来的一样精准。过去和未来被计算得清清楚楚、明明白白,真有一种打开上帝视角的感觉。
在时空中,物质按照规律运行,规律以数学公式呈现。万物的运动严格遵循方程式的约束,而理解背后规律之后的感觉,如爱因斯坦口中:这个世界最不可理解的就是它竟然是可以理解的,如古代哲人口中:最崇高的愉悦在于理解的喜悦。
在相当长的时间里,空间一直深藏在人们的视线之外,它无处不在,我们却察觉不到,同样不被人们发现的是深藏在空间中的黑洞。黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体,不停地吞噬着周围的一切,我们无法直接看到黑洞。
黑洞逃出了我们的视线,却逃不出自然规律的约束。既然存在于空间中,既然有质量,就严格遵循相对论方程式的约束。在数学方程式面前,黑洞无处遁形。
最早发现黑洞的是爱因斯坦的相对论公式,有意思的是解出方程的不是爱因斯坦本人,甚至刚解出来的时候爱因斯坦都无法相信黑洞的存在。直到后来物理学家在观测宇宙时发现,恒星和星云围绕着某种看不见的物质规律地运行,借由间接观测恒星和星际云气团绕行轨迹,计算出它的位置以及质量,最终经过严密地求证,终于确定黑洞的存在。
黑洞一经发现,人们开始从各个方面研究这一陌生的事物,黑洞从哪里来、怎么产生?在宇宙运行中黑洞扮演什么角色?在宇宙框架中黑洞发挥什么功能?黑洞对时空、星系有什么影响?黑洞寿命多长、以什么方式走向死亡?
从发现那一刻起,黑洞的命运就一直吸引着我们,挑战着我们的科学和想象力。
前世:
地月日系统中,太阳是一颗恒星,燃烧自己,释放能量,地球在太阳的照耀下,才能孕育生命,持续数亿年地进化,万物生长靠太阳。
许多黑洞的前生是一颗如太阳一样燃烧自己的恒星,任何一颗如太阳一样的恒星,在燃尽燃料之后,如果诞生时质量比太阳质量大十倍或更多,它将以黑洞结束。我们的星系中存在许多这样的小黑洞,它们是恒星燃尽后的尸体。
今生:
由于黑洞巨大的质量对空间的严重弯曲,它不会单独存在,无数颗恒星和天体围绕着它旋转,形成大大小大的星系。
在银河系的中心,有一颗超大质量黑洞,比太阳质量大数百万倍,强大的引力将数百万、数十亿,甚至数万亿颗星星,捆绑在一起。
类似于这样星系围绕黑洞的结构,在宇宙中普遍存在,所有星系的中心都有一颗质量巨大的黑洞,黑洞稳定了星系,左右着星系的发展状态;所有黑洞共同构成了宇宙的骨架,控制宇宙的建立。
日常:
难以想象黑洞吞噬物质时有多么暴力,难以想象黑洞安静时能隐藏地多深,“静如处子,动如脱兔”,恐怕难以形容黑洞的万分之一。
黑洞吞噬着邻近空间的所有光线和任何物质,天体如果和黑洞走得太近,会被一层一层的剥掉,足够近的话会被一口吞掉。
黑洞吞噬恒星的场面尤为壮观,恒星会被撕开拉长,变成细长的弧状进入黑洞,同时伴随着巨大的能量释放和X射线、伽马射线的暴发。
黑洞安静的时候是全然的安静,不会出现在任何望远镜中,只是以霍金辐射缓慢地蒸发,由于质量的减小,最终以这种方式在宇宙中消失,而这过程十分缓慢,花费的时间可能超过宇宙现在的年龄。
时空:
黑洞对时空的极度扭曲,会发生各种超乎想象的事情,时间与空间的穿越成为科幻小说关注的焦点。
科学家经常假设,如果一个人掉入黑洞,他自己不会感觉到时间变慢,但是外面的人会看到一个背影好像停了下来,停在那里可能数百万年。
黑洞对空间的极度扭曲,改变了原本平直的空间结构,空间中原本相隔遥远的两个位置可能因此连接在一起,为超远距离空间旅行提供了可能性。
现在的物理理论大多在时空框架中才能成立,而在黑洞内部,时空以什么方式存在,甚至是否存在时空,我们都无法用物理理论去预测。
跳出三界外,不在五行中。黑洞就是这样的存在,在黑洞的内部时空框架失效 ,物理理论不再成立,黑洞内部一个我们完全未知的世界,这个世界以我们完全陌生的方式运行。
总结一下:
作为时空中最极端的存在,在黑洞身上发生许多极端的事情;
黑洞固然强大,在黑洞背后有更强大的力量主导黑洞的运行,这股力量是时空框架,是时空下的规则;
在时空框架的规则之下,黑洞的一生的命运,似乎早已写好,数亿年的运行都写在数学公式里;
与生命相比,黑洞的一生虽然漫长,行为却十分单一,数十亿年中机械地重复着同样的事情,也正因为如此,为生命的诞生提供了一个相对稳定的外部环境。