宇宙膨脹與黑洞 _宇宙_寧夏龍網(wǎng)

在宇宙中，充滿著神秘的暗物質(zhì)，它主導(dǎo)著宇宙的形成。大約65年前，弗里茲·扎維奇第一次發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)的存在。在引入宇宙爆炸理論之后，許多宇宙學(xué)家相信宇宙是平直的，而且宇宙總能量密度必定是等于臨界值的（這一臨界值用于區(qū)分宇宙是封閉的還是開放的）。與此同時，宇宙學(xué)家們也傾向于一個簡單的宇宙，其中能量密度都以物質(zhì)的形式出現(xiàn)，包括4%的普通物質(zhì)和96%的暗物質(zhì) 。但事實(shí)上，觀測到的結(jié)果從來就沒有與此相符合過。
當(dāng)意識到?jīng)]有足夠的物質(zhì)能來解釋宇宙的結(jié)構(gòu)及其特性時，暗能量出現(xiàn)了。暗能量和暗物質(zhì)的唯一共同點(diǎn)是它們既不發(fā)光也不吸收光。從微觀上講，它們的組成是完全不同的。更重要的是，像普通的物質(zhì)一樣，暗物質(zhì)是引力自相吸引的，而且與普通物質(zhì)成團(tuán)并形成星系。而暗能量是引力自相排斥的，并且在宇宙中幾乎均勻地分布。
按照愛因斯坦的廣義相對論，在一個僅含有物質(zhì)的宇宙中，物質(zhì)密度決定了宇宙的幾何，以及宇宙的過去和未來。物質(zhì)通過使時間-空間發(fā)生彎曲來改變引力，就像保齡球在橡皮墊上滾動一樣。
在1998年對爆炸的恒星進(jìn)行的觀測表明，宇宙正在以不斷增長的速度擴(kuò)張著。這令人們大為吃驚，以前大多數(shù)的科學(xué)家們都認(rèn)為宇宙的擴(kuò)張應(yīng)該是正在減慢的。但也有極少部分人認(rèn)為，宇宙可能充滿著一種神秘的暗藏能量，它是一種負(fù)引力，也有人把它叫做第五種基本物質(zhì)，也就是我們所說的暗物質(zhì) 。若加上暗能量的話，情況就完全不同了。大約在大爆炸之后的幾十億年中暗物質(zhì)占了總能量密度的主導(dǎo)地位，但是這已成為了過去。現(xiàn)在我們宇宙的未來將由暗能量的特性所決定，它目前正使宇宙加速膨脹，而且除非暗能量會隨時間衰減或者改變狀態(tài)，否則這種加速膨脹的態(tài)勢將持續(xù)下去，宇宙也會一直膨脹直至毀滅。
而宇宙中最重要的暗物質(zhì)就是黑洞。如果一個天體質(zhì)量足夠大、體積足夠小，那么它的引力就會大得連光都逃不出去。這種天體就是黑洞。黑洞這個概念剛一提出，曾被人們稱作癡人說夢，但科學(xué)家的研究日益證明這種天體的確存在。一些科學(xué)家因研究黑洞而出了名，其中最有名的要數(shù)英國科學(xué)家霍金了。
近年來，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了黑洞的許多新的怪脾氣。科學(xué)家們對大小不同的黑洞作出了比較研究，雖然它們大小各異、質(zhì)量也相差甚遠(yuǎn)，但在吸收周圍氣體，同時放射出X射線的過程中，卻有著相同的波動規(guī)律，如同快慢不同但演唱音調(diào)相同的同一首歌。科學(xué)家說，這一發(fā)現(xiàn)可幫助天文學(xué)家對黑洞的X射線曲調(diào) 進(jìn)行分析并推算黑洞的質(zhì)量等特性。
黑洞也會因噎廢食是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)黑洞的另一個怪脾氣。如果喂給的物質(zhì)過多、過快，黑洞有可能會因噎廢食。這意味著，引力強(qiáng)大無比的黑洞，可能并非擁有所假設(shè)的吞噬一切的胃口。通過模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)環(huán)在落入黑洞的過程中，先被黑洞吞下的部分還會不斷被吐出來，最終使得只有很小一部分物質(zhì)真正進(jìn)入黑洞。
若兩個黑洞相遇會出現(xiàn)什么情景呢？經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，兩個黑洞碰撞后形成新黑洞，會釋放出極大的能量。質(zhì)量分別為太陽15倍和10倍的兩個黑洞相撞時，釋放出的能量將比太陽過去50億年來產(chǎn)生的能量總和還要多出數(shù)千倍。而后的探測結(jié)果也表明這個結(jié)論是比較合理的。
宇宙空間中的黑洞到底有多少呢？也許不多，但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在宇宙尺度上黑洞幾乎無所不在，僅在我們生活的銀河系就有不少，僅銀河系中心就存在24個黑洞，其質(zhì)量分別相當(dāng)于太陽的3200到125萬倍不等。
不過，盡管黑洞很多，但黑洞的大小卻呈現(xiàn)出兩個極端的分布，大的很大，小的很小，缺乏中間過渡層次。大的是超巨黑洞，多存在于星系的中心，質(zhì)量達(dá)到太陽的數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍。小的黑洞，其質(zhì)量與太陽基本處于一個數(shù)量級，據(jù)推測主要是由質(zhì)量相當(dāng)于太陽10倍左右的恒星發(fā)生超新星爆炸后形成的。
同時，還存在有一個怪異的現(xiàn)象，那就是：時間和空間在黑洞中消失，這就意味著通過黑洞有可能將我們現(xiàn)在的時間和空間連接到另外一個時間和空間，時間旅行則有可能實(shí)現(xiàn) 。若按照霍金等人的假說，宇宙不是時空4維而是11維，那么，黑洞有可能是通往其他7維的通道。
宇宙在暗物質(zhì)的作用下不斷地膨脹，而暗物質(zhì)黑洞又為我們留下很多謎，這些都很值得我們進(jìn)一步探索。
【宇宙膨脹與黑洞】
解構(gòu)宇宙（傳奇之星空奧秘）