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黑洞问答

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简单来说,不是。为甚么呢?

看到「洞」这个字,也许你很自然就会想到单一方向的洞,例如工地里凿出来的洞,又或森林里的洞穴。它们都是一些日常可见的「洞」(后者算是非日常吧)。黑洞很明显跟它们完全不一样!那麽,黑洞到底是甚么?

黑洞是一个致密天体,其重力场扭曲空间,扭曲的程度强烈到连光也无法逃离!(所以它才这么黑。)事实上,这扭曲的空间是三维的,所以黑洞是一个能从四方八面吸入物体,呈球状的「洞」。这可跟普通的洞截然不同!

 

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既是「会」也是「不会」。我们先来看看黑洞如何吞噬东西吧。

黑洞和太阳、地球等天体一样,都是根据相同的重力定律吸引物体。越接近黑洞的边界(事件视界),逃离速度就得越快。在事件视界位置的重力强大得时空严重扭曲,连光也无法逃离。换句话说,黑洞会吞噬越过事件视界的任何东西。远离事件视界的话,物件只要速度够快,就能够逃离被吞噬的命运。

试想像你在瀑布的上游畅泳,当你越接近瀑布,要游离瀑布的力气便得越大。一旦跨过瀑布的悬崖,唯一的结局就是掉下深渊之中。

幸运的是,黑洞相对其他天体细小,即使想掉进去也非易事。假如有一个和太阳质量相同的黑洞,它的半径就只有约三公里,即约旺角港铁站到香港太空馆的距离!

请放心!只要距离黑洞够远,我们是非常安全的!

 

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首先大家请放心,这不会发生,因为太阳的质量不足以令它演化成黑洞。不过我们且看看这个「如果」吧!

黑洞的重力和相同质量恒星的重力是一样的。如果太阳系中心由太阳变成一个和太阳相同质量的黑洞,太阳系的各个天体,包括地球,仍会继续沿固有轨道运行而不会被吞食。

然而,没有吸积盘和喷流的黑洞不会发光,因此太阳系会变得漆黑一片。当地球失去阳光照耀,所有生物将无法生存。

幸好太阳不会变成黑洞,否则人类文明恐怕会被摧毁!

 

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好问题!我们的确遇到有人会称黑洞做「橙色冬甩」(冬甩又称甜甜圈),就是因为看过这些黑洞照片。但既然黑洞不会发光,这个「冬甩」就想当然不会是黑洞。那麽它到底是甚么呢?

事实上,橙色部分影像是包围黑洞的吸积盘(更准确来说是吸积盘的重力透镜镜像),而不是黑洞本尊!天文学家依靠探测黑洞附近的结构,例如吸积盘,去确认黑洞所在之处。吸积盘的粒子互相碰撞磨擦时会受压,产生高热,释放强光。

人类首两张黑洞的影像,是收集吸积盘释放的无线电波数据制作的。人眼无法看见无线电波,天文学家特意选用普遍代表「热」的橙色为影像配上颜色,因为吸积盘的温度可高达一百万度!

此外,选用正确的颜色,有助我们对天体的亮度有正确的理解,减少出现不必要的误会,也有助科学家研究和沟通。

与其说黑洞是「橙色冬甩」,它们更像是冬甩中间的洞!

 

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理论上,白洞是黑洞的相反:在虫洞一端的黑洞所吞噬的物质,会经虫洞由另一端的白洞喷出来。正如物质无法逃离黑洞的事件视界,物质也同样无法进入白洞的事件视界。一些物理学家形容白洞是黑洞的时间逆转。然而,白洞中的物质来自过去,当这些物质离开白洞后跟外界互动时,谁知有甚么事情会发生!

尽管我们可以由广义相对论推论白洞的存在,目前仍没有明确证据显示白洞确实存在。部分学者认为若干伽玛射线暴发生,是由白洞在瞬间喷出大量物质所致。白洞或是解决信息悖论的其中一个方案!

比奇怪更怪奇!看看白洞会带我们去哪里吧!

 

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很多!物理学家以往认为跌入黑洞的物质会被毁灭,但这违反了量子力学理论。

史蒂芬・霍金指出,信息没有跌入黑洞,而是被困在黑洞的表面,即事件视界上。因此,黑洞能容纳的最大信息量与其面积有关,而不是体积。

当某件东西跌入黑洞时,其信息会以物理学定律所能容许的最小尺寸,储存在黑洞的事件视界表面。该最小尺寸为普朗克面积,只有10-35乘10-35平方米那么小。估计万亿分之一个氢原子大小的「黑洞硬盘」就可储存全世界所有数据!

 

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黑洞是否只是「捣蛋鬼」、「大食怪」,而没有任何用处?非也!令人意想不到的是,黑洞至少在两方面是有用的。

研究发现我们或者可以从黑洞提取能量!吸积盘的热等离子体具有磁场,磁力线若以特定方法断开再重新连驳,就可以从而提取大量能量。虽然现在尚未能成事,但物理学家推测「黑洞能」的能源效益或者高达150%!这远超现时任何一种能源所能达致。

此外,我们能不能利用「黑洞时光机」,回到过去或前往未来?

时间受强大重力场影响会变慢,所以在黑洞附近的钟会比地球上的钟行得慢许多。越接近黑洞的事件视界,时空扭曲会越严重,时间也会越拉长。假如我们从黑洞附近返回地球,可是货真价实的「回到未来」!

至于回到过去,则似乎不大可能。因为这要时空严重扭曲至过去的时空……

即使时空旅行听来很有趣,当中或会产生不少问题,例如因果错乱,出现悖论等,后果是不堪设想的。