宇宙中的黑洞有何危害?

题目

宇宙中的黑洞有何危害?

答案

在用量子力学考虑大爆炸奇点之前,我们先看看另一个在广义相对论框架下的奇点——黑洞.
我们都知道逃逸速度.星体所产生的引力场（和星体的质量及密度有关）越大,从其表面逃逸所需的极限速度
就越大.如果这个引力场大到某个极限,使以光速运动的物体也不能挣脱它的束缚而逃逸,那么我们将无法观察到
这个星体,仅能感受到它的引力效应……这就是在200 年前对黑洞的最初定义.
实际上,对于光不能象对待普通物体那样考虑,因为普通物体在上抛的过程中速度逐渐变慢,并最终落回地面,
而光是以不变的速率前进的.因此必须以广义相对论的观点重新解释黑洞现象,也就是：
光由于强大的引力场造成的空间——时间扭曲,而被强烈地折弯并回到星体表面,不能从其表面逃逸.
黑洞是一个空间——时间区域,它的最外围是光所能从黑洞向外到达的最远距离,这个边界称为“事件视界”.
它如同一个单向的膜,只允许物质穿过视界并落到黑洞里去,但没有任何物质能够从里面出来!
那么黑洞是如何形成的呢?让我们先从恒星的生命周期说起.宇宙早期的星云物质——绝大部分是氢的极其稀
薄的气体——由于自身的引力作用而收缩成恒星.由于收缩过程中气体原子相互碰撞的频率和速度越来越高,导致
气体温度上升并最终使恒星发光.当温度如此之高,以致于氢原子碰撞后不再离开而是聚合成氦,这被称为“热核
聚变”.聚变释放出的巨大能量使恒星气体的压力进一步升高,并达到足以平衡恒星内部引力的程度,于是恒星的
收缩停止下来,并在相当长的时间里稳定地燃烧.当恒星耗尽了这些氢之后,由于核反应的减弱而开始变冷,恒星
气体的压力不足以抵抗自身引力的而导致恒星重新开始收缩.恒星中的氦元素发生聚变形成碳或氧之类较重的元素.
但这一过程并没有释放太多的能量,恒星继续收缩.
诺贝尔奖得主,印度裔美籍科学家强德拉塞卡在1928年指出,由于“泡利不相容原理”（在同一轨道不存在两
个运动状态完全相同的粒子）的作用,当恒星进一步缩小时,物质粒子靠得非常近并且必须严格地遵守不相容原理,
因而粒子之间发散的趋势平衡了恒星自身的引力,使恒星不再缩小.如果这个不相容原理引起的排斥力是电子间产
生的,那么恒星将坍缩成为一颗半径为几千英里,密度为每立方英寸几百吨的冷恒星——“白矮星”.科学家们已
经观测到大量的白矮星.坍缩的另一种形式为“中子星”——它上面的的电子早已被引力拉到质子上,因此这种恒
星全部由中子组成,并靠中子间不相容原理引起的排斥力抗衡自身引力以维持“体形”.它们的半径只有10英里左
右,密度为每立方英寸几亿吨.中子星同样已经为观测所证实.
强德拉塞卡同时计算出,当恒星质量大于太阳质量的一倍半时,即使不相容原理也无法阻挡恒星的继续坍缩,
恒星将无休止的收缩,直至体积为零!此时的物质密度和空间——时间曲率将无穷大.所有的科学定律将在此失效.
这就是我们前面所提到的“黑洞奇点”.