宇宙终级奥秘的藏身之所

calvin

計算機模擬的銀河系中心超大質量黑洞附近氣體雲的運動，以及引力對它的影響。

現實中還沒有其他物體能像它那樣有如此鮮明的內外之別。 生活在外部的我們只能看到它的外面，任何探測器都無法把它內部的信息帶給我們。 我們可以發送無線電信息和機器人探測器，但是這些使者一旦越過邊界，就再也無法回頭了……我們甚至都無法知道它們身上發生了什麼。

這就是黑洞。 視界是黑洞的邊界，但並不是通常意義上的“表面”——它沒有實質的分界線——然而卻異常真實。 視界之外，只要物體的速度足夠高，便能掙脫黑洞的引力；而在視界之內，它若想離開，速度必須高於光速，而這是自然法則所禁止的。

從某種意義上來說，視界就是黑洞，因為我們通過任何手段都無法觀察到它的內部。 大自然把宇宙的終級奧秘隱藏在那裡，並用一個只進不出的屏障守護著它。

更讓人感覺神秘的是，根據廣義相對論——這個我們對引力運作機制的最好解釋，黑洞是沒有特徵的。 它們可能誕生自恆星的死亡，也可能誕生自早期宇宙中由大量氣體引發的引力坍縮，但結果卻是一樣的。 用化學成份之類的方式來解釋它形成的原因是毫無意義的。 在宇宙中，黑洞所表現出來的唯一特性是它的質量和轉速。

面對這種現象，人們戲稱黑洞遵循的是“無毛定理”：不管它內部有什麼，視界之外都是光溜溜的。 （這個名字是由傑出的物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒創造的，他顯然並不是一位對髮際線後退敏感的人。）而這個“無毛定理”所呈現的，是一個極具挑戰性的謎題：我們無從得知黑洞是刪除了它所有的過往歷史，“忘記”了它的過去和祖先，還是把這些信息保留在一個我們不知道的地方。 假如這些信息已經被銷毀，那就違反了量子力學的原理；而如果它們保留了下來，那就需要一個能夠超越廣義相對論的新理論。

黑洞內部不僅是宇宙中一個無法觸及的區域。 它還是許多極端物理學的實驗室：最強的引力和最活躍的量子過程。 正因為如此，物理學家對黑洞內的一切都極為感興趣，即便缺乏直接的實驗或觀測手段來驗證他們的觀點。

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人們戲稱黑洞遵循的是“無毛定理”：不管內部有什麼，視界之外都是光溜溜的。


我們無法穿透視界光溜溜的“腦殼”，但這並不意味著我們對黑洞內部一無所知。 不管科幻作品裡怎麼說，我們可以確定的是黑洞內並沒有連接另一個空間或現實的通道（蟲洞）。 大部分物理學家都相當確定，要對黑洞內部進行描述，我們需要的是量子引力學——這是一種將量子物理和廣義相對論統一起來的理論——或者可能是我們當前引力模型的某種修訂版。 這種理論的完整結構仍然未知，但是學者們已經對它的大致框架有所了解。

一種嘗試來自雅可夫·鮑里索維奇·澤爾多維奇、雅各布·貝肯斯坦和史蒂芬·霍金。 由於引力的量子理論不存在，因此他們將粒子物理和廣義相對論結合起來，結果顯示視界的溫度並非是零，而且還會發光，雖然極其昏暗。 這種光就是所謂的“霍金輻射”；當成雙成對的粒子——如電子和正電子，或一對光子——在強烈的引力場中被製造出來時，其中一個粒子會墜入黑洞，另一個會逃離，從而產生這種輻射。

既然這些粒子的質量是由黑洞的能量（E = mc 2 ）產生的，那麼每當一個粒子逃逸，黑洞的質量就會減少一點。 遺憾的是黑洞視界溫度遠低於我們所能看到的程度，因此霍金輻射要比其他光源昏暗得多。 但不管怎樣，假如存在質量極低的黑洞，它們就會因霍金輻射而顯得相當明亮，而且衰減得相當快，最終蒸發殆盡。 觀察這類黑洞的消亡，可能有助於我們最終獲知黑洞內的信息是否確實丟失，還是被視界藏在什麼地方。

有意思的是，霍金本人認為這個問題已經解決了，至少在原理上是這樣：黑洞保留了它們吞掉的所有信息，就像在二維的圖片中保留三維信息一樣。 他的假說是基於弦理論觀點的，針對的是一個抽象的、擁有更高維度的宇宙，而在我們的四維宇宙（三維空間外加時間）中還行不通。 因此，並不是所有人都接受霍金的論點，即便他們也同意黑洞不會忘記它們的起源。

根據推測，霍金輻射是由各種成份構成的，其中包括奇異粒子，如暗物質和引力子，而這些我們都還沒有在實驗室中發現過。 雖然大自然殘暴地試圖阻止我們對它進行研究——因為微型黑洞極為罕見，甚至可能不存在——但是這確實是一個令人著迷的觀點。 我們能夠看到較大黑洞產生的霍金輻射，但前提是它必須不怎麼吃東西，而且要離我們非常近才行。 （另一種方法是在實驗室裡製造一個微型黑洞，但是如果沒有新奇的物理學方式，所需的能量就會超出我們的能力。）

著名的天鵝座V404 是已知離地球最近的黑洞，它距離我們約有8000 光年。 雖然放在宇宙中這點距離只不過是一根髮絲那麼寬，但對於我們來說，這樣的距離也已經足夠遠到我們根本無法對它進行近距離研究。 （作為對比，旅行者1 號這個飛得最遠的人類探測器，此刻和地球的距離也只不過是17 光時）。 而距離我們最近的超大質量黑洞（質量超過太陽的10 萬倍）甚至更遠：26000 光年。 它是銀河系中心的怪獸，名為人馬座A*。

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我們之所以能夠看到天鵝座V404，是因為圍繞在它周圍的物質：這些物質是它從伴星那裡剝奪過來的，它們圍繞著黑洞運行時會被加熱，並釋放出強烈的X 射線和無線電輻射。 高精度的觀測手段使天文學家能夠對M87 星系內巨型黑洞周圍距離很近的旋轉氣體進行測量。 人馬座A* 附近舞動的恆星和等離子體，則揭示了那個使我們的星係得以結合在一起的黑洞的存在。

隨著技術的持續進步，我們對黑洞將會看得更清，對視界的描繪也會越來越細緻。 但大自然仍然會把它的秘密隱藏在黑洞內部，而且可能會一直到永遠。

bunny

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2017-07-27 11:29 AM           標籤: 伽瑪射線爆發, 宇宙, 高能量粒子, 粒子束, 黑洞
天文學家首次詳細觀測伽瑪射線爆發，這是宇宙中射向地球的一種最強的能量束，而且此次爆發可用肉眼看見，令人驚歎不已。

據科技網站Gizmodo7月26日報導，7月25日晚6點，天空突然出現肉眼可見的閃光。但是，這道光線不是普通的星光，更不是飛機的探照燈，而是從深遠太空射向地球的宇宙最強能量束——伽瑪射線爆發（Gamma burst）。

美國航空航天局（NASA）的費米伽瑪射線太空望遠鏡（Fermi Gamma-ray Space Telescope）首先捕捉到這道宇宙強光，並計算出其來源為90億光年外。科學家將之命名為GRB 160625B。

三分鐘後，費米望遠鏡開始進一步聚焦其來源。

四分鐘之後，西班牙科學家使用MASTER-IAC望遠鏡觀測到這道伽瑪射線束具有一種令人驚奇的特徵：來自那裡的可見光出現偏振。所謂偏振光，是指光線的一種物理學特性，可從觀看三維電影體會偏振光的特點。

航空航天局的這項觀測負責人特洛嘉（Eleonora Troja）認為，該伽瑪射線束源自一顆黑洞，而且這顆黑洞周圍有很強的磁場。

特洛嘉進一步解釋，其它的可能是GRB 160625B來自中子星，但由於世界各地監測伽瑪射線的望遠鏡寥寥無幾，所以缺少更多數據而無法深入分析。

令科學家感到驚奇的還有，此次爆發竟然有可見光伴隨。因為伽瑪射線是不可見光，即肉眼看不見，而為什麼同時出現可見光，其原因尚不清楚。

加州大學的天體物理學家柴科夫斯基（Alexander Tchekhovskoy）說：「我們實際上不明白是什麼原因造成這次伽瑪射線能被肉眼看見。」