这几天,地球人顶礼膜拜的超级巨星
M87,是的,就是她!
密度极大、体积极小、光都无法逃逸。
她几乎满足了科学家对她的所有想象,
与百年前的预言相差无几!
而预言者就是天才科学家——爱因斯坦
你可以理解为,百年前,一位坐在书房里,左手抱着小儿子,同时回答大儿子问题,右手写着数学推算公式的瑞士专利局职员,直接预测了百年后5500万光年之外,一个65亿太阳质量的超级黑洞。而他所确定的广义相对论成为此后百年直到今天天体物理学的思考框架。
模糊的M87,已经让世界兴奋!
但我们还要干一件大事!
穿越黑洞!
并将邀请史上宇宙最强导游团
第一位,当然是宇宙最强预言者
爱因斯坦
不好意思,这张照片我的关注点在他的鞋子上,好时尚!
当然还有,动辄喜欢“打赌”的“好朋友”基普·索恩和霍金
还有咱们中国科学院国家天文台研究员、恒星级黑洞研究小组首席科学家、中国科学院大学天文学教授——苟利军
当然,按照国际惯例,还有一句:科幻操作,请勿模仿。
好啦,介绍完最强导游团,我们还得在登上飞船之前,介绍此次旅行的风险!
黑洞究竟有多可怕,究竟是如何把它身边的一切吞噬掉的?
如果你学过引力的基本定律,你就能很好地理解黑洞,就像丢向空中的石头总是会落回地面一样,大质量恒星死亡后,也会坍塌收缩,收缩到极致,于是形成了黑洞。
经过几十亿年,恒星耗尽它的核燃料,失去与自身引力对抗的热压力,这时恒星就会收缩。 图/《黑洞不是黑的
你可以把它想象成高压锅,熊熊燃烧的恒星产生巨大的热压力,足以对抗自身的引力。然而,一旦大质量的恒星燃烧殆尽,恒星对抗自身引力的热压力减弱甚至消失,于是恒星就会收缩。
可是,小恒星的引力还不足以收缩成一个黑洞,可能会变成一颗“白矮星”,但大质量恒星的命运就截然不同,它可能被压缩成无限密度的一点,这就是“奇点”。
究竟有多小?对比一下地球,“当然地球不可能变成黑洞,因为它不是恒星,但如果它变成黑洞,大约只有1分钱硬币大小,也就是直径1.8厘米,你可以握在手里,当然前提是你力气足够大。”苟利军说。
“奇点”是一个不知疲倦的贪婪巨兽,任何从它身边经过的物质、气体都会被吞噬,连光也不会放过。
所以,当你用望远镜看一个黑洞的时候,你会发现它有绝对分明的边缘,即黑洞的表面。当你在边缘以内,表面以下时,是“光”都逃不掉的地方,所以无法反射到你眼睛里,你什么也看不见,那里一片漆黑。当在表面之上时,如果有足够的力量和速度,你还有逃命的可能。这就是大家所说的“视界面”。
所以,登船之前的第一条告诫:不要试图穿越视界面!
了解了基本常识,在登上飞船之前,请确认身体健康,而其中很重要的一项是“柔韧性”。
如果你可以像意大利面条一样,可以拉得很长很长,那么你将是“黑洞”旅行团里,能最接近“黑洞之心”的人。
不要笑,这是真的。你还记得潮汐么?
每天清晨和傍晚,大海潮涨潮落。学过初中地理知识的人肯定知道,这是海洋受到月亮引力的结果。离月亮近的一端,引力最强,另一端引力最弱。
图/《黑洞与时间弯曲》 湖南科技出版社
靠近黑洞的时候,你也会受到黑洞引力的影响。你飘在太空舱里,脚朝黑洞,头朝星空,你会感到有一股微弱的力量在把你的脚向下拉,而把你的头向上拉,就像在拉面,因为脚更靠近黑洞,所以脚的拉力更强,这跟海洋所经受的力量是一样的,所以叫作潮汐力。
其实,我们在地球上也有同样的力,只不过地球上头脚引力差很小,所以根本察觉不出来。
潮汐力大的黑洞,在你靠近的那一瞬间,就可以把你轻松撕裂,所以我们得找一个潮汐力小一点的黑洞,这就得向爱因斯坦请教了。
广义相对论预言,黑洞质量越大,视界上和视界外的潮汐引力越弱,因为“质量增加时,视界周长也正比例增加,视界附近的潮汐力实际上减小了”。基普·索恩说。
一个100万太阳质量的黑洞,潮汐力就弱多了,一点痛苦都不会有。《星际穿越》里的“卡冈都亚”黑洞有大约2亿太阳质量,男主角穿过视界面时,身体几乎没有太大的感觉。
而此次我们拍下的M87更是重达65亿太阳质量,“它的潮汐力说不定比地球还小,当我们接近时,应该不会把我们拉碎,就像一个表面温和的庞然大物。”苟利军说,“但我们还是需要一个好的飞船。”
需要一个多快的飞船?“至少接近光速”,苟利军说。
还记得M87的“侧颜照”么?黑色中心周围的那一圈橘色光亮环,可以说那是宇宙气体和尘埃在坠入黑洞前的最后“挣扎”。
“宇宙气体和尘埃在掉入黑洞的过程中,不是像运动员跳水一样一头扎进去的,而是以螺旋式的方式环绕,逐渐靠近黑洞。你可以将它想象成厨房里的水槽,当你积满一水槽的水,然后拔掉塞子,水会渐渐变成漩涡,以螺旋下降的方式进入。而且越靠近黑洞速度越快,远离黑洞的地方速度比较慢,当转速产生差别,于是气体发生摩擦,就会发光发热,就变成了我们今天看到的黑色中心外那一圈橘红色光晕。”苟利军说,“它的学名叫作‘吸积盘’。”
我们靠近的方式也是螺旋下降,通过画圈,以离心力对抗黑洞引力。我们一圈圈缩小轨道半径,慢慢向黑洞靠近,但必须得小心翼翼,因为越靠近黑洞,引力越强。
“所以,我们需要足够的飞船动力,一旦发现难以对抗引力时,有足够的逃逸速度,而在视界面从黑洞周围逃脱的话,逃逸速度必须接近光速。”苟利军说。
飞船一点点靠近,“最引人注目的变化是,飞船下面的黑洞圆盘长大了,慢慢地越来越大。
你想,它会像巨大的黑色地板铺满你的脚下,然后停下来,头上还是像地球上明朗的天空。但黑盘子仍然在长大,从飞船周围升起,遮盖了一切,只留下头上一道明亮的圆形光路,你能从它看到外面的宇宙。
你仿佛走进了一个洞穴,越陷越深,只看见光亮的洞口在远处越来越小。”基普·索恩说。
飞船在黑洞视界上方,光通过那些轨道从遥远星系来到视界。黑洞引力使光线向下偏转(“引力透镜效应”),飞
天啊,我们是不是已经陷入了黑洞?据说,跨越死亡视界面的过程,人是察觉不到的?
“别担心,我们没有危险,还在视界外面。黑暗笼罩整个天空,不过是黑洞引力的强烈透镜作用。”
可是,万一,我们真的穿越了视界面,掉进了黑洞呢?
图/《黑洞不是黑的》湖南科技出版社
“这就有点像乘独木舟顺瀑布而下,在瀑布上游的时候,如果桨划得足够快,还可以逃脱掉下去的命运,然而一旦到达瀑布边缘,再怎么划桨都无济于事。”霍金说。
因为光不能从黑洞逃逸出来,所以从远处观察你的任何人都不能看到你越过视界的过程,没有人能够听见你的尖叫,也没人能看到你的失踪。
当你进入越过视界,进入黑洞,最坏的情况是,“在奔向奇点的时候,就已经被撕裂了”。人类连同其他宇宙天体的所有信息,都消失在黑暗最深处,从这个世界彻底消失。黑洞永远只剩下质量、角动量和电荷三个参数,如此简单而纯粹。
但霍金给了我们另一种可能性,“物体有可能落入某个黑洞,从另一个宇宙出来。但是这个黑洞必须很大,并且如果它在旋转的话,那么它也许具有一个通往另一个宇宙的通道。但是你一旦进去了,就再也不能回到现在所处的宇宙当中了。”
BBC科学编辑大卫·舒克曼解释说:“因为,如果一个黑洞在旋转,那么它的核心有可能不是由一个无限密度的奇点构成,而是可能存在一个环形的奇性,而正是这导致了不仅落入黑洞而且穿越它的可能性的猜想。”
所以,别担心,万一落入了黑洞,就听霍金的:“永远不要放弃,总有方法能逃出来!”
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