時空是彎曲的（下）（宇宙系列之三）

2020-09-03 世間的智慧



1919年，愛丁頓率領探險隊遠赴西非，觀測日全食，觀測值與理論值相當吻合，是廣義相對論的一個著名實驗證據。

故愛因斯坦認為，引力實質上不是一種力，而是空間彎曲產生的幾何效應，這是引力的本質，所以廣義相對論又被稱為關於引力本質的理論。

天體若運動發生變化，周圍空間的彎曲將會變化，從中心開始傳遞出去，好像空間起了波瀾一樣，這種傳播稱為引力波，它的傳播速度也為光速。

自從愛因斯坦預測引力波以來，人們一直致力於通過實驗捕捉來自宇宙空間的引力波。直到2014年3月，美國天文學家們宣布探測到了原初引力波，是137億年前宇宙大爆炸中產生的痕跡。這項發現被認為是一項科學界的重要裡程碑。

這是時空的漣漪，宇宙大爆炸的回聲。



它將幫助天文學家們理解宇宙如何誕生，如何演化出星系、恆星、星雲，以及構成我們已知宇宙的幾乎空無一物的廣袤空間。

空間如同一張網，天體質量越大，彎曲越厲害，凹陷也越深。假若天體質量非常大，但體積很小，那麼它壓出來的不再是一個凹陷的坑，而是一個深深的洞。

任何洞內的東西要想出來，需要達到能逃脫的最低速度，稱為逃逸速度。如地球的逃逸速度是11.2千米/秒。

洞越來越深，則逃逸的速度越來越大。我們知道，宇宙中最快的速度是光速。那麼是否存在很深的洞，逃逸速度大過光速，以致光都不能從洞中逃出呢？



物理學家史瓦西，通過研究愛因斯坦場方程，發現任何天體都存在這樣一個半徑臨界值，如果小於此半徑，則形成的洞，光線也無法逃脫。這就是著名的史瓦西半徑。形成的洞，稱為黑洞。

太陽的史瓦西半徑是三千米，太陽壓縮到三千米半徑，則形成黑洞。地球的史瓦西半徑是九毫米。任何物體，只要有質量，壓縮到史瓦西半徑之內，都會成為一個黑洞。

以人類現在的技術水平，還遠不可能壓縮天體，製造出黑洞。那麼天體能否自身形成黑洞呢？

天文學家錢德拉塞卡曾計算出，大質量的恆星，在燃料耗盡時，將不能抵抗自身的引力，而坍縮為黑洞。大質量，是約為太陽質量的1.4倍，這質量稱為錢德拉塞卡極限。恆星坍縮為黑洞時，體積收縮為零，密度無窮大。



黑洞，宇宙中的一個怪物，剛開始提出時，遭到很多人的反對。如愛因斯坦至死也不承認黑洞的存在，認為一定存在某種物理機制，阻止恆星坍縮成黑洞。

現在大多數天體物理學家，都相信宇宙中存在黑洞，而且數量還不少。如認為我們銀河系中心隱藏著一個超大質量黑洞。

黑洞，如同巨獸的大嘴，在吞噬著萬物。銀河系中心的超大黑洞，會不會吞掉我們的太陽系呢？

無須擔心，黑洞的吸收範圍是有限的，它是有邊界的。其邊界稱為事件視界，即視野所達的邊界。它是由剛好不能從黑洞逃逸，而只在邊緣上永遠盤旋的光徑路線形成。

如果我們乘坐飛船，不小心越過事件視界，則被吸入其內，無法逃離了。強大的力場，會把我們撕裂粉碎。



詩人但丁針對地獄入口所說的話，恰到好處地用於事件視界：從這兒進去的人必須拋棄一切希望。

黑洞在給人帶來絕望的同時，也給人帶來一點希望。

在狹義相對論中，時間是不能倒流的，時間旅行是不可能的。但在廣義相對論中，時間旅行具有了可能性。

黑洞的時空是不平坦的，若兩個黑洞尾尾相連，將產生一個狹窄通道，它將連接兩片不同的時空。

20世紀30年代，愛因斯坦和羅森寫了一篇論文，研究一種他們稱為「橋」的東西，即愛因斯坦-羅森橋，惠勒把它形象的稱作蟲洞。

當然，若蟲洞的兩頭是黑洞，那就沒意義了。從這個洞掉進去，從另個洞卻無法出來。

不過，廣義相對論在預測黑洞的同時，還預測了白洞的存在。若黑洞是吞噬萬物，那麼白洞是噴射萬物，任何物質都不能在白洞內停留，一定會噴向洞外。



故蟲洞一頭是黑洞，另一頭是白洞，倒有可能穿越。不過你從黑洞這頭掉進去，從白洞那頭吐出來，也只不過是以粒子輻射的形式。

這兩種類型的蟲洞穿越，都是不能的。科學家還研究了其它類型的蟲洞，只不過也是猜測而已。

宇宙是奇妙的，它的奇妙將超出我們的想像。如黑洞的內部是什麼？

一顆能形成黑洞的恆星，當它坍縮時，分子破裂、原子破裂、原子核破裂……，如果再繼續坍縮下去，質子、中子也被壓碎。那麼，坍縮到哪一步為止呢？最後是否坍縮成一個單一的點呢，即通常所說的無限密集的奇點？

然而也有科學家懷疑，奇點是非常密集，而非無限密集。或者說，奇點可能是物質的最小結構。

物質真有最小的結構嗎？真存在最小的粒子嗎？

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