中财网蘑菇街换货:蓝星科技畅想(3)：黑洞惊魂：蓝星号飞船逃脱黑洞的吞噬
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/28 07:31:34
蓝星号飞船完成了沿太阳系绕银河中心轨道一圈的飞行，测试了轨道上各处的宇宙射线特性并绘制了银河系生态图谱后正踏上返回地球的归途。离开地球这个人类的蓝色摇篮已经整整三个月了，每个人的心中都有一种归心似箭的感觉。正在驾驶舱值班的小王更是望眼欲穿的紧盯着飞船前进方向的屏幕，并操纵挠场图像涵通望远镜窥视着地球的景象。在雾纱般的白云掩映的内蒙草原上，小王看到了奔驰的骏马和觅食的羊群，仿佛听到了自己的恋人小丽思念的呼唤……啊，飞得太慢了！虽然飞船正在时空隧道中风驰电掣般的前进，但，还不够快！小王低头看了一眼飞行轨迹仪的屏幕，一道弯曲的红线显示出飞船已经飞过的路线。小王突然想到：两点间的最短距离是一直线，干吗要沿着曲线兜圈子浪费时间呢？急性子的小王想到这一点后，立刻解除了自动驾驶仪的工作，用手操纵飞船向靠近银河系中心的方向左偏10度角，飞船开始沿着指向地球方向的直线自动驾驶飞行。小王满意地看着飞行轨迹仪屏幕上变直的线条，想象着提前几天到家带给小丽的惊喜，渐渐的沉入了梦乡……
当小王被船长焦急的声音惊醒时，他睡眼惺忪的瞄了一眼飞行轨迹仪后，立刻就睡意全无了。飞行轨迹早已脱离了直线方向而沿着更
加偏向银河中心的螺线向心运动，飞行半径越来越小了。船长努力的搬动舵机，想使飞船右转使飞行半径增大，但一切努力都是徒劳，飞
船的飞行半径变得越发缩小。飞船被一种巨大的力量吸引正在一步一步螺旋地坠向银河系诸多黑洞中的一个中型涡旋式黑洞，即将面临被吞噬的命运！就在这千钧一发的时刻，蓝星科学家兰杰来到了驾驶舱。他立刻就站在了舵机面前亲自驾驶操纵飞船。兰杰首先驾驶飞船左转朝向了直指黑洞中心轴线的方向，继而拉起飞船朝向黑洞轴线上方飞行。当飞船逐渐爬升着接近黑洞轴线时，奇迹出现了：飞船先前受到的莫可名状的巨大吸引力开始逐渐减弱直至完全消失。飞船完全摆脱了螺旋下坠被黑洞吞噬的厄运！从黑洞惊魂中苏醒过来的人们不禁发出了出自肺腑的欢呼。惊骇之余人们把询问的目光一齐投向了兰杰，兰杰对黑洞的分类和特性作了简明的介绍，继而解释了他解救飞船的原理。
黑洞是根据广义相对论预言存在的天体，是浩瀚苍穹中最神秘的天体，它好似一个“无底洞”能吞噬周围所有物质，就连光线也无法逃脱。任何物体一旦靠近它，都将被吞噬进去，立即消失得无影无踪，在其强大的引力作用下，连时空也会发生偏离和扭曲。一般来讲，可将黑洞分为两类：小质量星状黑洞和超大质量螺旋状黑洞，这两种黑洞形成的原理是大相径庭的。
先谈谈星状黑洞。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），中心能量下降，再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。质量小一些的恒星主要演化成白矮星，白矮星是体积小的致密星，即使大小如地球般，质量已介乎於0.3—1.4个太阳质量间，密度是水的十万倍。白矮星是恒星演化晚期归宿之一，我们的太阳终归是要走上这一条路途的。质量比较大的恒星则有可能形成中子星，由中子挤在一起所组成的超致密星，直径约为几十公里，质量约为两个太阳质量左右，密度达到每立方厘米十亿吨。中子星是恒星晚期的最後演化阶段，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，就不能与自身重力相抗衡，从而引发另一次大坍缩。据猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积极小、密度极大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——星状“黑洞”诞生了。
和星状黑洞相类似的还包括准黑洞双星系统，它们都有几个太阳那么大，也是恒星燃烧净尽后的产物。它们每一个都有伴星——一个正常绕它旋转的恒星，它最终也将成为黑洞的食物。这就是著名的小
质量X射线双星系统。一般而言，坍缩恒星形成的星状黑洞吞噬掉周围的行星或伴星之后就进入了非活跃期，难得再大量俘获吞噬其他星球，除非有自投罗网者闯入禁区。
超大质量螺旋状黑洞坐落在星系的中心，质量可达太阳的几百万倍甚至几十亿倍。这些黑洞都位于“活动”星系，意味着它们曾经非常活跃地吞噬了巨大数量的星系物质。在活动星系里，被称为环状圆盘(torus)的气体和尘埃的涡流盘，遮蔽着中心的黑洞，使它们模糊难辨。环状圆盘看起来就像一个油炸圈饼，内部比较稀薄的部分叫做吸积盘(accretion disk)，它被加速到光速向黑洞螺旋前进。俯视一个活动星系，通过位于环状圆盘中心的洞会很清楚地看到吸积盘。质量在太阳的几十倍、几百倍和几千倍的中型黑洞也属于螺旋形黑洞。在行星和黑洞之间存在一个大约五光年左右的安全距离，中型黑洞引力可以将周围的行星以及其中包含的小型星状黑洞紧密地吸引在一起，当中型黑洞螺旋状旋转时，黑洞中心的高温使暗物质凝聚成高密度的固态物质，暗物质对外围显物质的吸力会通过哥氏力增加星流的角动量并进一步增强对外围行星的吸力。最终，这些行星会被中型黑洞吞噬，使中型黑洞的体积越来越大。中型黑洞向着邻近体积更大的超大质量黑洞螺旋状运行的最终结果也是被吞噬，从而形成巨型黑洞。
介绍完了以上有关黑洞的一般知识之后，兰杰突然提高了嗓门。他紧接着指出了地球人类对黑洞认知的几个误区，并宣示了人类尚不知晓的宇宙终极守恒定律。
黑洞不能真正地被看见，因为它们能够吸收所有接近它们的物质和光线。俯视观测一个活动星系，通过位于环状圆盘中心的洞会很清楚地看到吸积盘，天文学家据此推断出黑洞的存在。新的研究方法从边缘观测星系，通过分析发射的各种波长的电磁波频谱推断黑洞的所在。尽管如此，真实的黑洞内部结构仍然是一个谜，人们仅能做出一些揣测。实际上黑洞及其外围星流循环结构由三部分组成：1.整体呈扁椭圆体圆盘型的外部旋臂封闭螺旋循环圈（图1）,该部分是可见的。2.中心的呈喇叭花型（漏斗型）的螺旋暗物质吸聚区（图2），该区自上而下的插入第一部分的中心轴线区，该部分既是不可见的黑洞区，漏斗的喇叭口就是所谓的吸积盘。3.超高密度高能量螺旋爆扩区，该区位于喇叭花型漏斗的尖锥处，该区也是可见的，超新星的爆发就出自该区。以上三部分的螺旋方向是一致的，共同构成了一个极为复杂的三维立体螺旋星系结构，螺旋循环圈以漏斗型黑洞区为轴心旋转，第三部分螺旋爆扩区出自漏斗的尖锥处并扩散到第一部分的螺旋循环圈的中心上升区。
图1 黑洞外围的螺旋圆盘 图2 漏斗形的黑洞中心
图3黑洞与外围星系总体 图4 黑洞与外围星系俯视
人类对黑洞形成原理的最大误区就在于忽略了星系中心螺旋星流形成过程中暗物质所起的决定性作用，而仅仅考虑了星球（显物质）的万有引力。暗物质对星球的吸力作用比万有引力大21.6倍！在圆盘型星系中心的漏斗型螺旋区中充满了暗物质，当星球高速旋转时巨大的向心加速度使显物质与暗物质发生了剧烈的碰击，当两者粒子的接触距离小于质子尺寸（10的负27次方米）时，暗物质的吸力作用由弱相互作用转变为强相互作用，强烈的吸引力使星球获得额外能量，沿螺旋漏斗的外边沿加速螺旋下坠，直至被黑洞吞噬。但在漏斗区的中心轴线上并不存在显物质与暗物质的碰击，也就不存在黑洞的吞噬万物的恐怖力量。蓝星号飞船逃脱被黑洞吞噬厄运的飞行路线就是根据黑洞内这一力的分布特性定出的。
人类对黑洞结构的认识误区还在于不了解黑洞中的物质也是处于动态循环之中。霍金2005年否定了他提出的只进不出的貔貅式的黑洞模型，虽然他还没有提出新的模型，但他的举动使人为之肃然起敬——他不愧为一个诚实勇敢的科学家！黑洞中心的漏斗形螺旋结构一方面依靠暗物质的吸力能，使沿漏斗边沿螺旋下坠的星流加速旋转，一方面将旋转动量通过星球间万有引力造成的粘性力传输给漏斗外部螺旋圆盘的上升星流，上升星流沿漏斗外部上升时会有部分星球扩散到漏斗中去。当上升星流到达螺旋圆盘顶部之后便会像蘑菇云一样螺旋发散、然后边下降边螺旋收缩，再从底部沿中心轴线周围螺旋上升，构成完整的扁椭圆形的循环的螺旋圆盘。漏斗的锥尖处就是人们设想的体积无限小、密度无限大的黑洞奇点。在这一奇点上，当旋转离心力超出引力值1.61倍时，物质就会突爆式发散到外围的螺旋上升星流中去。在巨型螺旋黑洞中这一发散过程通常是以超新星爆发的形式实现的。
以上叙述的黑洞及其外围星流结构图形也适合于微观粒子。以电子为例，电子并不是一个不可分割的粒子，电子由七万个尺度为10的负27次方米的更小的粒子组成（这些更小的粒子就是宇宙暗能量的构成物质！）。这七万个更小的粒子也在作同样的循环流动，只不过漏斗尖端的发散不是爆炸，而仅仅是突发性扩散而已。上面提到的常数21.6,是一宇宙常数,它等于宇宙中暗物质及暗能量与显物质质量之比；而1.61就是宇宙方程中爱因斯坦迟迟未能定夺的常数Λ，它标示着宇宙因暗能量而加速膨胀的斥力特性。
人类对黑洞的认识误区还在于不了解以上循环过程是总能量守恒、总熵量守恒的过程。下一节将谈到有关总能量守恒、总熵量守恒的宇宙终极守恒定律——量恒原理。理解和利用这一原理将使地球人类在能源利用上进入一个划时代的自由王国，例如在漫长的宇宙飞行中飞船就将利用这种原理在深空中就地解决能量供应，彻底摆脱能源紧迫的困境。
黑洞巨人位于遥远的星系中央 科学家发现除大型小型外的新中型黑洞
