QQ俠之窩: 12月 2008

黑洞

起初指出黑洞存在和假定是質量非常大神秘星球，是1798年，法國的Rapp Lasley使用牛頓萬有引力和光發射理論那時提出了這個觀點。1915年，西德的科學家史瓦片根據愛因斯坦廣義相對論原則行動了，「證實」黑洞存在。在那以後，等也通過Oppenheimer原子彈的美國的父親創造性的研究，1939年最後第一次先進相當明確黑洞理論。到在世紀70年代，世界使有名望的物理學家Hodgen，成一體了量子力學和廣義相對論，繼續黑洞表面量子作用研究，造成黑洞根本研究今後提示一步。

Q：什麼是黑洞？

ANS：在宇宙投入簡要地，它是一种特別星球，有極端強大的引力場，因此任何，所有不可能甚而逃脫光，成為忍受材料和能量「陷阱」。黑洞起源假說，顯要當前主要有以下三種類：

坍縮說：一個內部核燃料全部耗盡的晚年的恆星，當它向外的光熱輻射再也抵擋不住自身的引力時，星體便開始向內坍縮。當星體坍縮時的質量小於太陽的 1.3 倍，它就演化成為白矮星；當其質量大於 1.3 倍而小於 3 倍太陽質量時，它就成為中子星；只有當其質量大於太陽的 3 — 50 倍時，它即坍縮為一個“常規黑洞”。

碰撞說：在宇宙空間，星系或球狀星團的中心部分恆星密集，容易發生星體之間大規模碰撞。一些大質量的恆星無情地“吞食”一些小恆星，由此產生的“超巨質量”恆星反而加速“老化”它坍縮後就成為質量超過太陽 1 億倍的“巨型黑洞”。

原生說：在大爆炸後的“早期宇宙”中，猛烈的爆炸力把一些物質壓聚成許多質量微小但密集度很高的“量子黑洞”。它們通過吸積、吞食周圍物質和能量長大，有的可以長成質量大於幾十億噸的“原生黑洞”這些原生黑洞有的迅速爆炸消亡了，有的卻至今仍“流浪”在宇宙之中。有人甚至認為，上世紀 1908 年的西北利亞“通古斯大爆炸”就是其中一個“流浪者”與地球“擦肩而過”所造成的“麻煩”。

註：通古斯大爆炸是在1908年6月30日西伯利亞通古斯地
區所發生的，而黑洞撞擊說只是其中一個說法而已，但是並沒有人可以提出有力的證據。
相關網址：http://homepage20.seed.net.tw/web@3/xplanet/tongoose.htm

黑洞概念來自相對論

最早提出黑洞概念的人，是二百多年前的劍橋學者約翰‧米契爾（John Michell, 1724-1793）。雖然在他那個時代只有牛頓的絕對時空概念，但他依然在 1783 年提出與黑洞有關的想法－－當一個物體的脫離速度大到無限大的時候，就連光線也無法逃離它的吸引力。米契爾把想像中的星體稱為「暗恆星」。

1790 年，數學家拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace, 1749-1827）利用牛頓力學公式演算，希望能找到隱形的恆星。奇怪的是，他所用的計算方法是錯誤的，但得到的答案卻是對的。不過這也沒啥大礙，因為在往後的一百多年中，人們對於黑洞依然沒能說出個所以然來。
這個情形直到愛因斯坦廣義相對論出現，把重力想像成一種「由時空彎曲所造成的萬有引力」後，大家循著這個邏輯推導才建立起黑洞的基本概念。

根據愛因斯坦的廣義相對論，黑洞是可以預測的，他們發現於史瓦茲度量，這是由卡爾•史瓦茲旭爾得於1915年發現的愛因斯坦方程式的最簡單解，這個解可以用來描述一個不旋轉黑洞（史瓦茲黑洞）的時空結構。根據史瓦茲解，如果一個重力天體的半徑小於一個特定值，天體將會發生坍塌，這個半徑就叫做史瓦茲旭爾得半徑。在這個半徑以下的天體，其中的時空嚴重彎曲，從而使其發射的所有射線，無論是來自什麼方向的，都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出任何物質都不可能超越光速，在史瓦茲半徑以下的天體的任何物質，包括重力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點（gravitational singularity）。由於在史瓦茲半徑內連光線都不能逃出黑洞，所以一個典型的黑洞確實是「黑」的。

接著，另一個叫克爾（Roy Kerr, 1934-）的人發現了會旋轉的黑洞。至於黑洞的名稱，則是約翰‧惠勒（John Wheeler, 1911-）在 1967 年提出的，且在那以後的 70 年代，就是人類研究黑洞的黃金時代。
黑洞的形成大小
有些科學家說黑洞是由大於太陽質量的3.2倍的天體發生引力坍塌後形成的（小於1.4個太陽質量的恆星，會變成白矮星）。天文學的觀測表明，在很多星系的中心，包括銀河系，都存在超過太陽質量上億倍的超大質量黑洞。

而有一些天文學家通過各種假定，計算了銀河系輻射的（伽瑪）射線能量的最額，得出一個近似數值：如果黑洞的質量是太陽質量的 10 倍，那麼，在銀河系中黑洞不超出 10 萬個。如天鵝座 X — 1 天體、鹿豹座雙星系之暗星、獵戶座的 NDC4151 和本文開頭提到的 NGC7457 等等，就都屬於黑洞。

在1973年，史蒂芬‧霍金（Stephen Hawking, 1942-）與羅傑‧潘若斯（Roger Penrose, 1931-）推測每一個黑洞裡面都有一個奇異點。這個奇異點具有無限大的重力場和密度，且在某個範圍裡面，它的重力強度可以大到連光線也逃不出去。這種讓光線逃不出去的範圍邊界稱為視界，無論光線或物質，都只能從視界外面進入裡面，但是無法從裡面跑出來。黑洞，就是躲在視界後面的神祕區域。如此說來，黑洞應該是一個非常單純的星體，因為它只有一個奇異點和環繞在奇異點外圍的視界。

黑洞壽命

一般來說，黑洞的壽命也是有限的。黑洞越小，壽命越短。質量與太陽差不多的黑洞，壽命為 1065 年；質量為 10 億噸的小黑洞，壽命約 100 億年；而質量為 3000 噸的“原生黑洞”卻是個壽命僅有幾十秒的“短命鬼” 。黑洞一旦到了生命的最後時刻，就會以一場猛烈的爆炸而告終。而在此“反坍縮”式的爆炸中，困可能會有一種新的神秘天體誕生，這就是——白洞

使用重力波觀看宇宙

在觀測黑洞的時候，科學家把黑洞分成3個等級。一個是由一般恆星塌縮後形成的輕量級黑洞，它的質量有十個到幾十個太陽質量，密度很大，重力場很強。另一個是住在活躍星系核中心，每個質量約等於 100 萬個到 10 億個太陽質量的重量級黑洞。人們曾在我們的銀河系和附近星系中觀測到這類黑洞，所以重量級黑洞已證明確實存在。

然而在輕量和重量中間，有沒有中量級黑洞呢？中量級黑洞的質量比輕量級大，所以在地球附近不容易找到，但它的質量又要比重量級黑洞小，所以不如重量級黑洞來得亮。如此說來，尋找中量級黑洞似乎是個不輕鬆又有點麻煩的事，還好一切順利，人們真的找到一個約一千個太陽質量那麼大的黑洞，從此確認了中量級黑洞的存在。

觀看黑洞還有一個重要技巧，就是要使用正確的工具。我們原本習慣利用電磁波觀測宇宙，因為電磁波容易產生，容易觀測，但它有一個缺點—在傳播中會受到物質的干涉。比方說，光子在傳播電磁波的時候，如果碰到不透明物質，一部分光子會被吸收掉，另外一部分光子會被反射掉。

同理，如果用電磁波觀看黑洞，因為黑洞附近有很多物質，當光子在黑洞附近產生時，若要傳遞到眼睛來，必須穿過這些物質，而在傳遞過程中就會產生很多吸收與反射，使得我們沒辦法看到最原始的光子，這是用電磁波看宇宙的缺點。

如果使用重力波就沒這個缺點。因為重力波不怕干擾，可以穿透物質直接傳播到觀測者眼中，所以可以用重力波觀看黑洞附近的時空結構。至於如何產生重力波呢？只要有兩個重力場的東西互相繞行就可以了。例如，有兩個黑洞互相繞行，或是一個中子星與一個黑洞互相繞行時，就能產生重力波。

白洞

白洞，是與黑洞性質剛相反的另一種特殊天體。白洞只是科學家所假想出的一個名詞，只是為了跟黑洞互相對應而已。它拒絕任何外來物質進入它的內部，而只允許它裡面的物質和能量向外輻射出去。有些人認為白洞是宇宙大爆炸的延遲，是奇點未膨脹完全的部分。目前這種假說已經基本被否定，因為即使存在這種奇點，由於真空量子效應和光堆積效應，它們也應該早已經變成黑洞。因此，白洞可以說是宇宙中一個發射物質和能量的“源泉”。

科學家們猜想：白洞也有一個與黑洞類似的封閉的邊界，但與黑洞不同的是，白洞內部的物質和各種輻射只能經邊界向邊界外部運動，而白洞外部的物質和輻射卻不能進入其內部。形象地說，白洞好象一個不斷向外噴射物質和能量的源泉，它向外界提供物質和能量，卻不吸收外部的物質和能量。

白洞也是很強的引力源，它可以被普通的恆星所吸引，也可以吸引其它天體。周圍的塵埃、氣體和能量被它不斷吸引到自己邊界上來，但一概拒絕人內，只能在邊界外停留，形成一個包圍它的物質層。白洞把這些物質加速到很高速度，使之具有一種向外噴射的趨勢。

Q：白洞既然不吸積外來的物質和能量，那麼，它裡面超高密度物質最初是怎麼來的呢？

ANS：科學家們普遍認為，自從大爆炸以來，我們的宇宙在不斷膨脹，密度在不斷減少。因此，現在正在膨脹著的天體和氣體乃至整個宇宙，在 200 多億年以前，是被禁錮在一個“點”（流出奇點）上，原始大爆炸後，開始向外膨脹，當它們衝出“視界”的外面，就成為我們看得見的白洞。
與上述相反的一種觀點認為，由於原始大爆炸的不均勻性，一些尚未來得及爆炸的緻密核心可能遺留下來，它們被拋出以後仍具有爆炸的趨勢，不過爆炸的時間推遲了，這些推遲爆發的核心——“延遲核”就是白洞。

白洞到目前為止，還僅僅是科學家的猜想，還沒有觀察到任何能表明白洞可能存在的證據。在理論研究上也還沒有重大突破。不過，最新的研究可能會得出一個令人興奮的結論，即：「白洞」很可能就是「黑洞」本身。也就是說黑洞在這一端吸收物質，而在另一端則噴射物質，就像一個巨大的時空隧道。科學家們最近證明了黑洞其實有可能向外發射能量。而根據現代物理理論，能量和質量是可以互相轉化的。這就從理論上預言了「黑洞、白洞一體化」的可能。

也有人認為，白洞可能是黑洞“轉化”而來。就是說，當黑洞的坍縮到了“極限”，就會經過內部某種矛盾運動質變為膨脹狀態——反坍縮爆炸，這時它便由向內積吸能量，轉變為從中心向外輻射能量了。

最富吸引力的一種觀點認為，像宇宙中有正負粒子一樣，宇宙中也一定存在著與黑洞（負洞）相同，而性質相反的白洞（正洞）。它們對應地共生在某個宇宙膨脹泡的泡壁上，分屬兩個不同的宇宙。

由於我們的宇宙中存在著 10 萬多個黑洞，同樣也可能存在著數目相等的白洞。於是，在宇宙繼續膨脹過程中，白洞周圍一些質量稍許密集區域就變得更加密集；黑洞周圍的一些質量稍微稀薄的區域就變得更加空虛。這些大片空虛的區域就是——空洞

空洞

簡單的說，空洞就是宇宙中相對的質量“空白”區域，在這個空白區域內，幾乎完全沒有星系存在。觀察表明，宇宙確有這樣大大小小的空洞。

宇宙空洞的發現，表明了自大爆炸以來，宇宙中星系的分佈，已從均勻逐漸走向不均勻。這對黑洞（白洞）理論的發展和理論宇宙學的研究，都有著極大的意義。

心得：
一開始我還沒開始查這些資料的時候，我一直認為黑洞與白洞是一體的，而且他們之間所連接的就是蟲洞，而蟲洞就是所謂的「時光隧道」。但是看過這些資料後，我的想法有了改變，裡面說明了黑洞可以吸進一切的物質包括光，而白洞則是因為質量很大，吸引了很多的塵埃或是氣體到白洞的附近，但卻不能進入白洞內，使得感覺上白洞吐出了許多東西一樣，所以說並不能具體的說白洞跟黑洞有所連結，更不用說他們是蟲洞了。就目前最有想像力的猜測，雖然黑洞和白洞不一定會連接在一起，但有可能兩者是一體兩面，因為兩者可能一個是坍縮，另一個是反坍縮爆炸，但目前還沒有人能具體證明出這些理論。科學家真正發現到的可能只有黑洞，而白洞是利用黑洞的相反原理，所推論出來的東西，所以說白洞有沒有存在也是一個問號。其實在這個世界上，所有的事情都不能百分之百的確定。神的真值可能是0.6，凡是科學就像是神的真值一樣，沒有一定的值，也沒有一定的答案，你說神的真值是0.4或是0.8都可以，如果想真正知道答案，或許就像教授說的要去問上的了吧!而相信白洞的有無或是相信蟲洞是否就是黑洞和白洞的通道，就像是神的真值的答案一樣，目前的科技是沒辦法有具體的答案，所以說不管任何的科學家怎麼說，只要理論合理都算對，所以說上面所查到的資料是不是合理的並沒有人知道。而就時光隧道而言，我有聽說其實我們人類，是生活在第四度空間，而我們所能看到的只有到第三度空間而已，而第四度空間的因素就是所謂的「時間」，所以我在想除了蟲洞之外，是不是人們如果能掌握到第四度空間的因素(時間)的話，那是不是可以不用進入蟲洞也可以回到過去呢? 總之目前我唯一知道的就是人類對宇宙的認知或許還不及1億分之一吧!

參考資料：
http://zhengblog.bokee.com/1726960.html

維基
http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E9%BB%91%E6%B4%9E&variant=zh-tw

科普知識
http://www.nsc.gov.tw/_NewFiles/popular_science.asp?add_year=2005&popsc_aid=128
相關網站：

蟲洞效應
http://hi.baidu.com/panpaxh/blog/item/8f6cf011e826edc3a6ef3fe4.html

人民網
http://scitech.people.com.cn/BIG5/53751/3827732.html

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