看到蒼茫大地貼的“黑洞五大誤傳”,一時高興想寫幾句同大家一起玩。後來無意中看到阿唐寫的“地球的昨天、今天和明天”,都想放棄寫了。想想已經說出口了,還是糊編幾句吧。
申明一下,我只是喜歡看那些星系的圖片,有時順便讀點科普文章。不是真懂。有些專業詞的翻譯很可能是錯的。千萬別把我說的當真。只是玩兒。也請班長不要把它上導讀。
先簡單說一下什麼是黑洞。黑洞是個常被人提起的似懂非懂的神秘話題。有時讓人聽起來有點膽戰心驚。最初,黑洞是由愛因斯坦的廣義相對論推理而得。後來慢慢被一些物理現象所證實,也可以說是一些現象只能用廣義相對論來解釋。這裡簡單描述一下質量黑洞。質量黑洞就想一個碩大的球一樣,在中間有個極高密度的巨大質量的物質。英文叫做Singularity。我們知道要逃脫星球的吸引力是要有一定的速度的(逃逸速度)。地球上物體的逃逸速度是11.2km/s。光可以自由來去:)。而在黑洞裡光都無法逃脫。所以對於外界觀察員來說,無法看見黑洞裡面的情況。因為沒有光能從那黑洞裡逃出,也就沒有看到黑洞一說。
那麼想象中的黑洞裡面應該是什麼樣子呢?我們知道黑洞是基於光在強大的重物體吸引下要彎曲(廣義相對論里一個重要的推論)而推斷出來的。也許我們可以這樣想象,在那黑洞裡,並不是所有的光都被中間的Singularity吸引住而成為它的一部分。還是可能有光在裡面串來竄去的。就象在地球上還是有雲在天上飄,灰塵在浮動一樣。不過這些光不管朝哪個方向,都要被Singularity吸引着而偏離方向。也就是說黑洞裡光會拐彎,會改變波長。並且光之間還會有碰撞干涉。也許,我們在這裡根本就應該用光的粒子性而不是波動性來想象黑洞裡的現象。也就是說,光在黑洞裡是光子(phonto)。其受到Singularity的吸引和其它光子的碰撞而改變能量(在波動光學中就顯出頻率的變化)。
就是假設你能站在黑洞裡,手裡還能拿着根棍子,並且還能用光的波動學來解釋裡面光現象。你也不可能看到這根棍子有個固定的形狀,有固定的顏色。因為從那棍子上反射回來的光會與別的光碰撞,會受到Singularity的吸引力而改變能量,改變方向。每個時刻你看到的棍子都可能不一樣。
現在來看下面這張圖。它能說明光在通過巨大物體周圍時會改變方向而彎曲。
在這張圖裡,中間的Cluster形成了gravity lens。橙色、藍色和紅色的弧形就是gravity lens後面的星系的成象。也就是說,巨大的重物體可以讓光改變方向。
再看這張圖。
那黃顏色的是我們銀河系裡的Companion Star GRO J1655-40。那藍色的中間就是黑洞。Star GRO是在星體爆炸中存活下來的。以2.6天一圈的速度圍繞黑洞旋轉,並逐步被黑洞吞噬。奇怪的是不知道是為什麼那黑洞中間會有一條藍色的光帶穿過。
我有次在看這張圖時想,也許那黑洞並不是那麼的黑,也沒有那麼大。我們知道光會帶有不同的能量。能量越高,頻率越高,波長越短。所以這張由紅外線攝下而製成的圖可能沒有測到那些高頻率的光,儘管從那裡出來的光會有紅外移動。
下面是另外一個依據測量出來的旋轉速度證明massive黑洞存在的圖。它是一個活動星系(Active Galaxy)的中心。
現在就黑洞誤傳里講的胡說一點我的看法。
在誤傳三里說黑洞的密度隨着黑洞的增大而減小。我覺得這裡是將史瓦西半徑當成Singularity的半徑來計算的。史瓦西半徑應該是光不能逃脫Singularity的半徑而不是Singularity自己的半徑。再一個當密度增加到一定程度時,我們一般計算密度的方法不應該再實用。記得我在什麼地方讀過,黑洞物體的密度大慨是把地球壓縮成乒乓球大小。試想,在這種情況下,物質怎麼還可能是我們平時所想象的物質。我覺得英文用Singularity(抱歉,我不知道中文的準確翻譯)來描述這物體非常形象。所以我覺得說黑洞密度無窮大或者比水小都不合適。
誤傳五里也應該涉及到測量系統問題。我們平時測量速度的方法是基於被測物件速度遠小與光的速度而假設光的傳播時間為0。當物體的速度接近光速時,這個假設就不再成立。所以當你的朋友頭向前的沖向並接近黑洞時,他可能被拉長了好多倍,而你可能已分不清他的頭和腳。