书城科普宇宙的起源
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第22章 恒星探秘(4)

物体的重量随着重力的减弱而减少,当重力趋近于零时,轻微的动弹就会使我们的朋友漂浮起来,并在空中直翻筋斗;茶或其他液体一旦溢出来就变成在空中跳动的圆球,因为这时的表面张力超过了重力。当重力盘恢复到1g时,所有的茶球都会变成茶雨降落下来。当重力盘转到3g或4g时,人人都动弹不得。甚至移动一只脚都是很费力的。在我们继续将重力盘往上拨之前,我们还是把我们的朋友送出重力机的作用范围以外为妙。在重力还只有几个g的情况下,提灯的光束仍旧直线传播(就我们的分辨能力而言,可以说几乎是直线),这与重力为零时的情形没有什么两样。当重力达到1000g时,光束仍然是直的,但树木已经被压扁。当重力达到100万g时,石头由于自身的重量而粉碎。最后,除了那只具有特殊豁免权的笑猫以外,没有任何东西能够幸存。当重力接近10亿g时,更不可思议的事情发生了:原来笔直射向天空的光束开始弯曲。在极大的重力加速度下,就是光也受到了影响。如果把重力再加大的话,光就会逆转而返回我们附近的地面。此时,任何宇宙间的怪物已不复存在,剩下的只是龇牙咧嘴的引力。

当重力大到一定程度时,任何东西,哪怕是光,都不能够从中逃逸出来。这样的地方就叫做黑洞。黑洞对周围的一切都是冷酷无情的,它是宇宙中的一种怪物。当密度与重力变得足够大时,黑洞熄灭不见了。之所以称之为黑洞,是因为即使是光也无法从中逃脱出来。由于光被捕捉在黑洞里,所以黑洞到处都被照得明晃晃的。虽然我们从外面看不见黑洞,但它的重力存在却是很明显的。在星际航行中,如果你对黑洞没有给予足够重视,你就可能被黑洞无情地拖进去,你的身体就会被拉成细细的长线。但是,万一你在这样的航行中幸免于难的话,你倒是应该好好地看一看附着黑洞周同的碟形物。

太阳内的热核反应支撑着太阳的外层,使悲剧性的重力坍塌延迟几十亿年。白矮星是靠从原子核中脱离出来的电子压力来支撑的,而中子星则是靠中子压力来抵消重力影响的。但对于超新星爆发和其他激变之后的残骸所形成的质量比太阳大好几倍的晚期星体来说,目前还没有什么已知的力量能够防止它坍塌。这种星体令人难以置信地收缩、旋转、发红、最后消失,质量比太阳大20倍的星体则会收缩成美国洛杉矶那样大小。当重力骤增到1010时,这种星体会通过自生的裂缝滑到时空的连续统一体中,最终从我们的宇宙里消失掉。

黑洞是英国天文学家约翰·米歇尔于1783年首先想到的,但是由于这个想法实在太离奇了。所以长期被忽视。一直到最近,这一想法才开始得到重视。随后,人们竟然找到了黑洞存在于宇宙空间中的证据。这一事实使包括天文学家在内的许多人都感到十分惊奇。X射线是不能透过地球大气层的,因此,如果我们要确定这种波长很短的光是否是天体发出的,我们必须将X射线望远镜带到高空中去。世界上第一座X射线观测站是国际合作的范例,它是美国在1971年从意大利的一个发射台发射的,该发射台位于印度洋肯尼亚沿岸,命名为乌呼鲁(Uhuru斯瓦希里语的“自由”)。1971年,乌呼鲁在天鹅座星系发现了一个非常明亮的X射线源。这个X射线源忽隐忽现,频率为每秒1000次,因此这个被称为“天鹅X-1”的射线源必定很小。不管忽隐忽现的原因是什么,这种隐现的信息穿过“天鹅X-1”的速度不会比光速(30万公里/秒)快,因此,“天鹅X-1”的直径不会大于30万公里/秒×1/1000秒=300公里。一颗与小行星一般大小的天体就是一个明亮的X射线源,即使在星际以外也看得见,它可能是什么东西呢?“天鹅X-1”跟一颗炽热的蓝色超巨星并列在一起,从这颗超巨星的可见光里还可以看到一颗以前没有发现过的靠得很近的大伴星,它不断地改变它的引力方向,质量大约是太阳的10倍,该超巨星不可能是一个X射线源。因此,用X射线光源来验证这颗从可见光里看到的伴星是很理想的,但是。一个质量比太阳大10倍而且已经坍塌成小行星的不可见物体只能是一个黑洞,X射线很可能是由聚集在“天鹅X-1”周围的气体和尘埃与超巨星摩擦而产生的,天蝎V861、“GX339-4”、“SS433”以及“圆规座X-2”等星体都可能成为黑洞,“仙后A”是一个超新星的残骸,这颗超新星的光在17世纪就已经到达地球了、当时世上已有不少天文学家,但竟然没有一个人记载过这次爆发。像I·S·斯克洛夫斯基所推测的那样,那里可能隐藏着一个黑洞,黑洞吞噬了爆发中的恒星核,熄灭了超新星的火焰。空间望远镜是追踪、搜索神奇的黑洞蛛丝马迹的有效工具。

为了更好地理解黑洞,我们可以设想一个空间曲面,设想一个平整而又柔软的线性二维平面。如果我们往平面上投下一小团物质。平面就会变形或起皱,一粒弹子围绕这个皱面滚动,滚动的轨迹就像行星绕着太阳运动的轨道,根据这种解释(爱因斯坦的创见),重力就是空间结构的畸变。在这个例子中。我们看到,被物质弄弯曲的二维空间变成了三维的物理空间。设想我们生活在一个三维的宇宙空间里,物质将我们的住地畸变成我们无法直观感觉到的四维物理空间。物质的质量越大,它的重力就越大;平面越褶皱,空间的畸变或弯曲越厉害,以此类推,黑洞是一种无底的深渊。假如你掉进了黑洞,会发生什么事情呢?跟从外面看到的一样,你会觉得下落的时间无限之长,因为在别人看来,你的钟——不管是机械钟还是生物钟——都停止了。但在你看来,你的钟仍在滴答滴答地走动着。假如你能克服引力潮和辐射流的伤害,而且假如黑洞正在旋转着(这是很可能的),那么,你可能出现在时空完全不同的另一部分,即空间上的另外某个区域、时间上的另外某个时刻。有人提出空间有一种蛀洞,这种蛀洞有点像苹果上的蛀洞,尽管这种观点尚未得到证实。重力隧道能够提供一种星际的或星系间的通道,让我们以非凡的速度直抵难以抵达的空间吗?黑洞能作为时间机器为人类服务,把我们带到遥远的过去和无穷的将来去吗?这些设想正在被认真、严肃、周密地讨论着。这个事实表明,宇宙是多么超现实的啊!

从根本的意义上来说,我们都是宇宙之子。试想,在炎热的夏天,你仰望万里无云的天空,阳光炙烤着你的面孔,如果你直视太阳,该是一件多么危险的事啊!太阳离地球足足有1.5亿公里远,但是我们尚能感觉到其巨大的威力。如果我们处在太阳炽热而发光的表面,或进入熊熊燃烧的核火炉中心,我们又将感觉到什么呢?太阳给予人类以温暖,养育着人类,给人类带来光明。是它使地球富饶肥沃,它的强大力量是人类的实践活动所远远不可及的。鸟儿欢快地迎接日出,甚至某些单细胞的生物也有趋光的本能。我们的祖先把太阳奉若神明,这是何等的聪明!但在宇宙之中,太阳只不过是一颗普通的、甚至是平凡的星球。如果我们应该崇拜比自身强大的力量的话,难道我们不该去崇敬太阳和其他星体吗?这种敬畏之心,深深地隐藏在每一位天文调查者之中,有时埋藏得如此之深,以致研究者自己常常没有觉察到它的存在。

银河系还是一个尚未探索的充满神奇的星体的世界。虽然我们对银河系进行过初步的探索,而且正碰到过其中的一些星体,有几个与我们所了解的星体相似,有些则古怪到超出了我们所能想象的程度,但是,我们的探索才刚刚开始。以往的探索航行表明,我们对银河系的许多非常有趣的星体至今仍然一无所知,无法预言。在银河系以外不远的地方,几乎可以肯定存在着行星,它们环绕着麦哲伦星云中的恒星运转,环绕着银河系周围的球状星团中的恒星运转。银河系可能是一个巨大的螺旋形世界,拥有4000亿个星球,此外还有正在坍塌的气体云、正在收缩的行星系、发光的超巨星、稳定的中期恒星、红巨星、白矮星、行星状星云、新星、超新星、中子星和黑洞。我们这个星球上的物质、我们这个星球的形态及其大部分特征,是受生命与宇宙间深刻的内在联系所制约的。这个问题,我们从研究地球本身入手,已经逐步弄清,将来一定会在研究整个银河系行星世界的过程中进一步弄清。