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黑洞問答

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簡單來説,不是。爲甚麽呢?

看到「洞」這個字,也許你很自然就會想到單一方向的洞,例如工地裏鑿出來的洞,又或森林裏的洞穴。它們都是一些日常可見的「洞」(後者算是非日常吧)。黑洞很明顯跟它們完全不一樣!那麽,黑洞到底是甚麽?

黑洞是一個緻密天體,其重力場扭曲空間,扭曲的程度强烈到連光也無法逃離!(所以它才這麽黑。)事實上,這扭曲的空間是三維的,所以黑洞是一個能從四方八面吸入物體,呈球狀的「洞」。這可跟普通的洞截然不同!

 

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既是「會」也是「不會」。我們先來看看黑洞如何吞噬東西吧。

黑洞和太陽、地球等天體一樣,都是根據相同的重力定律吸引物體。越接近黑洞的邊界(事件視界),逃離速度就得越快。在事件視界位置的重力強大得時空嚴重扭曲,連光也無法逃離。換句話說,黑洞會吞噬越過事件視界的任何東西。遠離事件視界的話,物件只要速度夠快,就能夠逃離被吞噬的命運。

試想像你在瀑布的上游暢泳,當你越接近瀑布,要游離瀑布的力氣便得越大。一旦跨過瀑布的懸崖,唯一的結局就是掉下深淵之中。

幸運的是,黑洞相對其他天體細小,即使想掉進去也非易事。假如有一個和太陽質量相同的黑洞,它的半徑就只有約三公里,即約旺角港鐵站到香港太空館的距離!

請放心!只要距離黑洞夠遠,我們是非常安全的!

 

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首先大家請放心,這不會發生,因為太陽的質量不足以令它演化成黑洞。不過我們且看看這個「如果」吧!

黑洞的重力和相同質量恆星的重力是一樣的。如果太陽系中心由太陽變成一個和太陽相同質量的黑洞,太陽系的各個天體,包括地球,仍會繼續沿固有軌道運行而不會被吞食。

然而,沒有吸積盤和噴流的黑洞不會發光,因此太陽系會變得漆黑一片。當地球失去陽光照耀,所有生物將無法生存。

幸好太陽不會變成黑洞,否則人類文明恐怕會被摧毀!

 

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好問題!我們的確遇到有人會稱黑洞做「橙色冬甩」(冬甩又稱甜甜圈),就是因爲看過這些黑洞照片。但既然黑洞不會發光,這個「冬甩」就想當然不會是黑洞。那麽它到底是甚麽呢?

事實上,橙色部分影像是包圍黑洞的吸積盤(更準確來說是吸積盤的重力透鏡鏡像),而不是黑洞本尊!天文學家依靠探測黑洞附近的結構,例如吸積盤,去確認黑洞所在之處。吸積盤的粒子互相碰撞磨擦時會受壓,產生高熱,釋放強光。

人類首兩張黑洞的影像,是收集吸積盤釋放的無線電波數據製作的。人眼無法看見無線電波,天文學家特意選用普遍代表「熱」的橙色為影像配上顏色,因為吸積盤的溫度可高達一百萬度!

此外,選用正確的顏色,有助我們對天體的亮度有正確的理解,減少出現不必要的誤會,也有助科學家研究和溝通。

與其說黑洞是「橙色冬甩」,它們更像是冬甩中間的洞!

 

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理論上,白洞是黑洞的相反:在蟲洞一端的黑洞所吞噬的物質,會經蟲洞由另一端的白洞噴出來。正如物質無法逃離黑洞的事件視界,物質也同樣無法進入白洞的事件視界。一些物理學家形容白洞是黑洞的時間逆轉。然而,白洞中的物質來自過去,當這些物質離開白洞後跟外界互動時,誰知有甚麽事情會發生!

儘管我們可以由廣義相對論推論白洞的存在,目前仍沒有明確證據顯示白洞確實存在。部分學者認為若干伽瑪射線暴發生,是由白洞在瞬間噴出大量物質所致。白洞或是解決信息悖論的其中一個方案!

比奇怪更怪奇!看看白洞會帶我們去哪裏吧!

 

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很多!物理學家以往認為跌入黑洞的物質會被毀滅,但這違反了量子力學理論。

史蒂芬・霍金指出,信息沒有跌入黑洞,而是被困在黑洞的表面,即事件視界上。因此,黑洞能容納的最大信息量與其面積有關,而不是體積。

當某件東西跌入黑洞時,其信息會以物理學定律所能容許的最小尺寸,儲存在黑洞的事件視界表面。該最小尺寸為普朗克面積,只有10-35乘10-35平方米那麼小。估計萬億分之一個氫原子大小的「黑洞硬盤」就可儲存全世界所有數據!

 

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黑洞是否只是「搗蛋鬼」、「大食怪」,而沒有任何用處?非也!令人意想不到的是,黑洞至少在兩方面是有用的。

研究發現我們或者可以從黑洞提取能量!吸積盤的熱等離子體具有磁場,磁力線若以特定方法斷開再重新連駁,就可以從而提取大量能量。雖然現在尚未能成事,但物理學家推測「黑洞能」的能源效益或者高達150%!這遠超現時任何一種能源所能達致。

此外,我們能不能利用「黑洞時光機」,回到過去或前往未來?

時間受強大重力場影響會變慢,所以在黑洞附近的鐘會比地球上的鐘行得慢許多。越接近黑洞的事件視界,時空扭曲會越嚴重,時間也會越拉長。假如我們從黑洞附近返回地球,可是貨真價實的「回到未來」!

至於回到過去,則似乎不大可能。因為這要時空嚴重扭曲至過去的時空……

即使時空旅行聽來很有趣,當中或會產生不少問題,例如因果錯亂,出現悖論等,後果是不堪設想的。