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第1073章 山海世界(267)(1 / 1)

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铁发射出的X射线在穿过黑洞周围的介质时也会被吸收。在这个所谓的光离化过程中,铁原子通常会经历几次电离,其包含的26个电子中有超过一半会被去除,最终产生带电离子,带电离子聚集成为等离子体,研究人员可以在实验室中重现了这个过程。

实验的核心是马克斯普朗克核物理研究所设计的电子束离子阱。在这个离子阱中,铁原子经由一束强烈的电子束加热,从而被离子化14次。实验过程如下:一团铁离子(仅仅几厘米长并且像头发丝一样薄)在磁场和电场的作用下被悬停在一个超高真空内,同步加速器发射出的X射线的光子能量被一台精确性超高的“单色仪”挑选出来,作为一束很薄但却集中的光束施加到铁离子上。

实验室测量到的光谱线与钱德拉X射线天文台和XMM牛顿望远镜所观测的结果相匹配。也就是说,研究人员在地面实验室人为制造出了太空中的黑洞等离子体。

这种新奇的方法将带电离子的离子阱和同步加速器辐射源结合在一起,让人们可以更好地了解黑洞周围的等离子体或者活跃的星系核。研究人员希望,将EBIT分光检查镜和更清晰的第三代(2009年开始在德国汉堡运行的同步辐射源PETRAⅢ)、第四代(X射线自由电子激光XFEL)X射线源结合,将能够给该研究领域带来更多新鲜活力。

人造黑洞的设想最初由加拿大“不列颠哥伦比亚大学”的威廉·昂鲁(Willia Unruh)教授在20世纪80年代提出,他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似,如果使流体的速度超过声速,那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞。然而,利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足够的引力,除了光线外,它们无法像真正的黑洞那样“吞下周围的所有东西”。

当比我们的太阳更大的特定恒星在生命最后阶段发生爆炸时,自然界就会形成黑洞。它们将大量物质浓缩在非常小的空间内。假设在大型强子对撞机内的质子相撞产生粒子的过程中,形成了微小黑洞,每个质子拥有的能量可跟一只飞行中的蚊子相当。天文学上的黑洞比大型强子对撞机能产生的任何东西的质量更重。据爱因斯坦的相对论描述的重力性质,大型强子对撞机内不可能产生微小黑洞。然而一些纯理论预言大型强子对撞机能产生这种微型黑洞。所有这些理论都预测大型强子对撞机产生的此类黑洞会瞬间蒸发。因此它产生的黑洞将没时间吸积物质,产生肉眼可见的结果。

2008年9月10日,随着第一束质子束流贯穿整个对撞机,欧洲大型强子对撞机(LHC)正式启动。截止目前,LHC还未看到实验室中的黑洞。

2001年1月,英国圣安德鲁大学理论物理科学家乌尔夫·莱昂哈特(Ulf Leonhardt)宣布他和其他英国科研人员将在实验室中制造出一个黑洞,当时没有人对此感到惊讶。然而俄《真理报》日前披露俄罗斯科学家的预言:黑洞不仅可以在实验室中制造出来,而且50年后,具有巨大能量的“黑洞炸弹”将使如今人类谈虎色变的“原子弹”也相形见绌。

俄罗斯科学家亚历山大·特罗菲蒙科(A. P. Trofinko)认为,能吞噬万物的真正宇宙黑洞也完全可以通过实验室“制造出来”:一个原子核大小的黑洞,它的能量将超过一家核工厂。如果人类有一天真的制造出黑洞炸弹,那么一颗黑洞炸弹爆炸后产生的能量,将相当于数颗原子弹同时爆炸,它至少可以造成10亿人死亡。”

2011年12月,一个国际研究小组利用欧洲南方天文台的“甚大望远镜”(VLT),发现一个星云正在靠近位于银河系中央的黑洞并将被其吞噬。

这是天文学家首次观测到黑洞“捕捉”星云的过程。观测显示,这个星云的质量约是地球的3倍,它的位置来逐渐靠近“人马座A*”黑洞。这个黑洞的质量约是太阳的400万倍,是距离我们最近的大型黑洞。研究人员分析认为,到2013年,这个星云将离黑洞非常近,有可能被黑洞逐渐吞噬。

黑洞内部只有三个物理量有意义:质量、电荷、角动量。

1973年霍金、卡特尔(B. Carter)等人严格证明了“黑洞无毛定理”:“无论什么样的黑洞,其最终性质仅由几个物理量(质量、角动量、电荷)惟一确定”。即当黑洞形成之后,只剩下这三个不能变为电磁辐射的守恒量,其他一切信息(“毛发”)都丧失了,黑洞几乎没有形成它的物质所具有的任何复杂性质,对前身物质的形状或成分都没有记忆。 于是“黑洞”的术语发明家惠勒戏称这特性为“黑洞无毛”。

对于物理学家来说,一个黑洞或一块方糖都是极为复杂的物体,因为对它们的完整描述,即包括它们的原子和原子核结构在内的描述,需要有亿万个参量。与此相比,一个研究黑洞外部的物理学家就没有这样的问题。黑洞是一种极其简单的物体,如果知道了它的质量、角动量和电荷,也就知道了有关它的一切。黑洞几乎不保持形成它的物质所具有的任何复杂性质。它对前身物质的形状或成分都没有记忆,它保持的只是质量、角动量、电荷。消繁归简或许是黑洞最基本的特征。有关黑洞的大多数术语的发明家约克·惠勒,在60年前把这种特征称为“黑洞无毛”。

几十年来宇宙学家一直对黑洞会摧毁制造它的信息的问题所困扰。黑洞是由它的质量、角动量、电荷量这三个性质所决定的天体。任何被它吸入的复杂资料也只会保留这三个信息。假如是这样,那就无法知道最初形成黑洞的物体的其他特征,以及黑洞吸入的物体的其他特征。然而,量子力学中信息会被永久保存,而且你可以用那些信息重建物体的过去。