科學家實現了「人造超新星」,那「人造黑洞」什麼時候才能實現呢?

2020-12-01 騰訊網

天關客星

如果要論天文觀測的記錄，古代中國的天文觀測記錄大概是放眼古代中國記錄最全，最詳細的。在這詳盡的記錄當中，有一類天體被稱為：客星。這裡的「客」就是用的「客人」的字面意思，意思是這種天體極少出現。如今我們知道，這類天體實際上可能是彗星、行星或超新星。其中，超新星是極其少見的。

1054年，北宋時期就記載了一顆「天關客星」，它就是一顆超新星。根據記錄推斷，當時有23天的白天是可以直接看到它的，而在夜晚當中有22個月是可以看到它的，這顆天關客星超新星爆炸後，最終形成了蟹狀星雲，如今還能被我們觀測到。

由於超新星十分罕見，即便是查遍古代的天觀測記錄，我們也找不到太多相關的記錄。即便是到了近代都是如此，能夠在有生之年多觀測幾個超新星對於相關的天文觀測者而言無異於是恩賜。

正是因為超新星這樣的特點，就有科學家在想：是不是可以在實驗室裡創造出一顆超新星？

要知道超新星爆炸的亮度是可以媲美一個星系的，是極其劇烈的反應，要在地球上造出一顆超新星是無比艱難的。但是有一個科研小組最近對外宣布他們實現了人造超新星。那到底是咋回事呢？

超新星到底是什麼？

要了解這個問題之前，我們就得先搞清楚：什麼是超新星？超新星有什麼用？

簡而言之，對於超新星的研究有利於人類探索元素的起源。我們都知道，萬物都是粒子構成的。夸克會構成質子和中子等粒子，而質子和中子會構成原子核，原子核和電子會構成原子。原子分了很多種，我們稱之為元素，並且科學家搞出了一張「化學元素周期」。

可是問題就來了，這化學元素周期表上的元素到底是咋來的呢？

按照我們如今的理論，我們知道氫元素和絕大多數的氦元素都來自於宇宙誕生的早期，它們是元素周期表最靠前的兩個元素，也是宇宙中的大多數。那其他的元素是咋來的呢？

有四位科學家曾經試圖想要推翻宇宙大爆炸理論。他們想要證明宇宙一開始就有其他的元素。結果，在詳細地分析之後，他們發表了著名「B^2FH」理論，這裡的字母是四位科學家名字的首字母，其中有兩個科學家的首字母是「B」開頭，所以用「B^2」來表述。這個理論讓我們清楚了元素的起源。具體來說是這樣的，宇宙中有一類龐大的天體叫做：恆星。

恆星內核會發生核聚變反應，由於宇宙中絕大多數的元素都是氫元素和氦元素，而且氫元素尤其多。於是，恆星內核一開始都會進行氫原子核的核聚變反應，生成氦原子核。

如果恆星的質量足夠大，那麼就可以進行下一步核聚變，也就是氦原子核的核聚變反應，生成碳元素和氧元素。我們會發現，隨著反應的推進，生成的元素的原子序數越來越大。

只要恆星的質量足夠大，這樣的情況可以一直持續到鐵元素，鐵原子核是最穩定的原子核，如果要讓鐵原子核進行反應需要巨大的能量。只有質量達到8倍太陽質量以上的恆星才有可能促發這個反應，這個時候就會發生劇烈的爆炸，這也就被我們稱為超新星爆炸。

超新星爆炸堪稱宇宙奇觀，整個過程會向外釋放巨大的能量。而在這個過程中，還會生成很多原子序數比鐵元素大的元素原子核。因此，對於超新星的研究，可以很有效地幫我們了解「元素的起源」問題。要知道，人體當中有許多元素的原子序數都很大，搞清楚超新星爆炸，其實也可以搞清楚：我們人類到底從哪兒來？

不過，宇宙中如今大多數的恆星都屬於小質量恆星，能夠發生超新星爆炸的大質量恆星很少。因此，我們能夠觀測到並且可以加以研究的超新星爆炸比較少（也就是距離我們比較近的超新星）。

人造超新星

1980年，一位叫做帕克（Park）的研究生很幸運，她觀測到了一顆在銀河系的超新星。她所在的IMB探測器就捕捉到了超新星爆炸後傳播出來的粒子，這次觀測幫助科學家了解到了很多關於超新星的信息。

這一晃30年過去了，帕克已經成為了一位資深科學家，但是她在過去的30年內就沒有再遇到這樣的好事。

於是，她一直在試圖用人工的手段來探索超新星。科學家們原本就考慮過用多束高強度的雷射來模擬超新星爆炸的環境，但是一直苦於無法實現。

帕克領導的小組用192束的超強雷射聚焦在很小的空間內產生超高能量密度，以此模擬出了同等能量密度的超新星爆炸環境。其中使用到的192束的功率達到了500萬億瓦的功率，這樣的耗電量只需要一瞬間就可以消耗掉整個美國總功耗的千分之一。

這實驗是相當的費電，所以只進行了很短的時間。在短短的時間內，帕克領導的小組做了詳盡的觀測和記錄，並希望能夠從這次模擬實驗中獲取到超新星是如何產生高能粒子的原因？

也就是說，人類已經可以在實驗室當中模擬出超新星爆炸的環境。實際上，類似的操作在科學界還有很多，比如，歐洲核子研究組織就一直在嘗試利用大型強子對撞機(LHC）來模擬宇宙大爆炸早前的環境溫度，以此來了解宇宙早期的演化。

要知道，超新星爆炸只是大質量恆星演化到生命盡頭之前的「迴光返照」。

超新星爆炸之後，恆星的內核如果質量超過1.44倍太陽質量，小於3倍太陽質量，它就會變成中子星；

如果恆星的內核大於3倍太陽質量，它就會形成黑洞。中子星和黑洞是宇宙中最恐怖的兩種天體，它們十分緻密，如果普通的天體遭遇到它們都會被吃掉。

至今我們對它們還是知之甚少，因此在未來如何也能夠在實驗室裡模擬出中子星或者黑洞，很有可能會對現代物理學產生重大影響，甚至會引發物理學革命。不過，這兩種天體都太過恐怖，如果太小了，黑洞會因為霍金輻射而瞬間蒸發，如果太大了，地球可能會直接被吞噬掉。

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