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2011-04-13 02:44:20| 人氣5,703| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

宇宙廣角鏡~黑洞是宇宙間的通道~子宇宙←→母宇宙

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     宇宙廣角鏡~黑洞是宇宙間的通道~子宇宙←→母宇宙

 

天文學家通過長期觀測發現,在宇宙中有一些引力非常大卻又看不到任何天體的區域,這種奇異天文現象的主要特徵是:1、這個區域有很強的磁場和引力,不斷吞噬大量的星際物質,一些物質在它周圍運行軌跡會發生變化形成圓形的氣體塵埃環;2、它有很大的能量,可以發出極強的各類射線輻射;3、由於它極大的引力作用,光線在它附近也會發生彎曲變化。的確,通過觀測到的大量間接徵兆可以證實它的存在,卻無論如何沒能直接看到它。於是一些天文學家想像的認為它是一種恒星塌縮後,品質、密度很大的暗天體,美國物理學家惠勒給它取了一個有趣的名字黑洞

 

在進入宇航時代的今天,世界各國已擁有各種先進的天文觀測設備,如大口徑配有極靈敏接受器的光學望遠鏡,大型射電天文望遠鏡,突破了地球大氣層包圍的哈勃空間望遠鏡等。天文觀測已觸及到距地球100億光年以外的遙遠天體,從銀河外星系到宇宙塵埃都可以一覽無餘,甚至像幾萬公里外一支小蠟燭那麼微弱的光也能觀測到,而唯獨對黑洞卻無能為力,確有些不合邏輯。如果它真是一種品質、密度很大,磁場、引力極強的天體,為什麼至今看不到它的廬山真面目呢?

 

原因很簡單,黑洞並不是一種實體星球,而是宇宙天體運動時產生的各種磁場旋渦現象,它的能量、射線輻射主要都是由磁場力作用產生的,因為它的構成物質密度非常稀薄,光線發射極其微弱,所以根本無法在遠距離用光學儀器觀察到它的形狀,按其形態和性質說來它倒真是一個名副其實的黑暗磁場旋渦洞

 

設想如果黑洞是一種物質構成密度非常大的天體,那麼,在黑洞與物質密度相對極小的宇宙空間兩者應該是有分介面的。根據光的反射、折射原理,當光投在兩種物質的分介面時會有反射和折射現象的,這一點已經從宇宙中所有不發光天體都能夠反光得到證實,無一例外。所以,從黑洞不能反射光線這一點說明黑洞雖然有很強的吸引力,但是它的物質構成密度非常稀薄,還不足以達到反射光線的程度(並不是光線由於被它吸引無法脫離而不能反射)。當光線與它相遇時,只能是穿它而過了,沒有明顯的光反射和折射現象。

 

因此也就無法通過光學觀測直接看到它的形狀,而只能用其他天文觀測方式,通過黑洞急速旋轉運動中產生的極強各類射線輻射來證實它的存在。科學家通過哈勃望遠鏡上的高速光度計在1992年對天鵝座X-1的一批觀察資料進行分析時,發現了兩個迅速衰減並很快消失的紫外線脈衝陣列。這種現象與理論預言的物質落進黑洞視界時釋放輻射的特徵正相符合。至於光線在黑洞附近會發生彎曲的現象,是因為光波本身就是一種頻率很高的電磁波,光現象本質就是一種電磁現象,所以,光線在黑洞附近由於受其磁場引力作用而發生彎曲現象是很自然的。

 

宇宙中一切天體都不是孤立存在的、所有物質之間都有千絲萬縷的相互內在聯繫。黑洞現象的產生也不是偶然的,而是在自然規律內物質迴圈演變過程中一個重要的環節。整個自然界是由不斷運動著的物質所組成,絕對靜止的物質是不存在的,物質運動必然會產生磁場,天體和磁場是不可分割的整體,只要天體存在,它周圍就一定有磁場存在。各類物質結構由於運動方向的不同,運動速度的差異,會產生無數大小不一、強弱不同的磁場旋渦,這種磁場旋渦就是神秘的黑洞。大的物質結構產生大的磁場旋渦,如星系中心的黑洞(銀河系中心);小的物質結構產生小的磁場旋渦,如恒星之間的黑洞(天鵝座X-1)。

 

自然界決定物質能量大小有兩個重要因素:一是物質的品質;二是物質的運動速度。由於磁場具有力和能的特徵,所以黑洞雖然構成物質密度很小,但因為它有極快的旋轉運動速度,當組成它的物質凝聚向一個方向作有序運動時,便產生很大的能量和極強的引力。宇宙中一些分散的呈氣態的氫、氧類物質和呈固態的矽、鐵類塵埃物質,受黑洞吸引力作用,在黑洞附近運動方向發生變化,向其中心高速旋進,會形成圍繞黑洞中心運動的圓形氣體塵埃環。

 

黑洞雖然不能直觀地看到,但可以通過它向外發出的各類射線輻射現象提示它的形態。國外有報導,哈勃望遠鏡已拍攝到黑洞周圍邊緣呈翹曲狀的塵埃圓盤,這就更形象的證實了黑洞的旋渦性質和真實形態以及旋渦多呈漏斗狀的特點。

 

其實宇宙中這些各類黑洞的運動形態和形成原理就像我們用肉眼可以觀察到的許多自然渦流現象一樣。如地球上大氣運動產生的熱帶氣旋--“颱風,在颱風週邊是急速旋轉的氣流形成的急風暴雨區域,能量非常大,而在空氣渦流中心區域--“颱風眼,由於空氣稀薄,壓力相對較小,對周圍產生很大吸引力,因此氣流不易進入,反而是風平浪靜的區域,從衛星圖上可以清晰地看到颱風的圓形旋渦狀雲團。還有江河湖海中的水渦流也是圓形旋渦狀的,水渦流同樣有很大的能量和吸引力,當物體接近時會被吸引進漩渦之中。

 

黑洞就像颱風水流漩渦這些可以直觀的渦流現象,是宇宙中物質運動的產物。它的巨大能量和引力主要來自物質急速運動產生的磁場。黑洞中心是外界物質不易進入、有形物質極少的區域,所以,在黑洞的中心都是空白區域。因為它對周圍物質的吸引力在各方向基本是均勻的,一般黑洞周圍物質運行的軌跡都是圓形旋渦狀的。由於黑洞物質分佈密度的不同,周圍還會伸出一些旋臂(如可見的星系旋臂),造成同方向輻射強弱程度不同的射線脈衝現象(即脈衝星)。

 

黑洞引力吸積過程中,物質的數量和密度不斷增加,磁場旋渦範圍會相應增大,能量和引力明顯加強,又會吸引更多的物質,如此像滾雪球一樣不斷發展。當黑洞周圍物質達到相當體積和密度時,對光的反射、折射作用逐步增強,到了一定程度便發展成為可以通過光學望遠鏡直接觀察到的有形天體--“星雲,正是從恒星級黑洞中孕育出新生的天體星雲。這種初期的有形天體多呈環狀(環狀星雲),它的構成物質相對仍很稀薄,所以,形狀非常模糊。隨著星雲體積不斷膨脹,便開始了幾十億年以上向恒星發展的演變進程。

 

宇宙中所有天體的存在形式和演變過程都是由自然規律所決定的,黑洞也不例外。一但我們通過表面現象揭示出它的本質和與自然規律的內在聯繫,包括黑洞在內的各種奇異天象便不難解釋了。美國科學家提出的一種新黑洞理論,根據這一理論,我們的宇宙就像是「俄羅斯套娃」的一部份,可能棲身於一個黑洞內,而這個黑洞本身又是一個更大宇宙的一部份。而迄今在宇宙中發現的所有黑洞——從微小黑洞到超大質量黑洞,可能都是通向其它宇宙世界的通道。

 

美國印第安納大學物理學家波普拉維斯基(Nikodem Poplawski)日前在《物理快報B輯》上發表了一篇論文,文中提出新的數學模型,用以描述墜入黑洞物質的螺旋運動。上述觀點正是來源於波普拉維斯基的這篇論文。根據波普拉維斯基所提出的新黑洞理論,黑洞其實是宇宙間的通道──「蟲洞」(wormhole)。

 

遭黑洞吸收物質或未被破壞

 

甚麼叫「蟲洞」?60多年前,愛因斯坦首先提出了蟲洞理論。簡單地說,蟲洞是宇宙中的隧道,它能扭曲空間,可以讓原本相距遙遠的不同天體近在咫尺。從理論來說,蟲洞是連結白洞和黑洞之間多維空間的隧道,可說是無處不在,但轉瞬即逝。波普拉維斯基的理論認為,黑洞吸收的物質,並未如預測般被破壞成一個點,而是在黑洞的另一端噴湧出一個「白洞」,而所謂白洞,廣義來說就是相對論預言的一種與黑洞相反的特殊天體。

 

按照波普拉維斯基得出的方程式,這種新蟲洞是「時空奇點」(space-time singularity)確實可行的替代物;過去愛因斯坦也曾經預言時空奇點存在於黑洞中心。根據愛因斯坦的廣義相對論方程式,奇點形成於特定區域內物質過於稠密時,奇點不佔用任何空間,密度無限大,溫度無限高。這聽起來有些離奇古怪,所以有許多科學家難以接受。根據波普拉維斯基的新的數學模型,黑洞吸收看似破壞的物質,實際上在黑洞內被驅逐出去,成為另一世界中星系恆星和行星的基礎物質。

 

宇宙誕生於白洞 新理論可解謎團

 

波普拉維斯基表示,黑洞為蟲洞的概念或許能解釋現代宇宙學的某些謎團,例如宇宙大爆炸理論認為,宇宙是以奇點為起點開始演變的,不過這種奇點是如何在大爆炸後的第一時間形成?科學家對此並沒有一個合理的解釋。波普拉維斯基指出,如果我們的宇宙誕生於白洞而非奇點,將會解決黑洞奇點這道難題,而大爆炸奇點也將迎刃而解。

 

另外,還可以用蟲洞解釋伽瑪射線爆發的成因。伽瑪射線爆發是宇宙中強度第二大的爆炸,僅次於宇宙大爆炸,伽瑪射線爆發發生於已知宇宙的邊緣,似乎與遙遠星系中的超新星 (即恆星爆炸)存在聯繫,但準確來源至今仍是一個謎。波普拉維斯基認為,伽瑪射線爆發可能是另外一個宇宙在釋放物質,這些物質也許通過那些星系中心的超大質量黑洞逃到我們的宇宙,但目前仍不清楚整個過程是如何發生的。

 

子宇宙繼承母宇宙旋轉特性

 

波普拉維斯基坦言,「這個概念有點兒瘋狂,但結果誰又知道呢?」對於波普拉維斯基的新公式,其他科學家則表示,目前至少有一種辦法可以驗證波普拉維斯基的理論,即宇宙中的一些黑洞旋轉,如果我們的宇宙誕生於一個同樣旋轉的黑洞,那麼宇宙就應該「繼承」「母宇宙」的旋轉特性。

 

台長: 幻羽
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