黑洞是超巨星生命的終點. 超巨星核融合不斷失去質量, 直到剩餘的質量無法產生足夠的重力來束縛它自己龐大的容量時, 超新星爆炸便炫目的結束了恆星的一生. 如果這個巨星著質量夠重, 超新星爆炸後便發生重力坍陷, 形成中子星或黑洞.
中子星我之前介紹過. 黑洞就較為棘手, 因為科學家對他的解釋不一. 但是大多數科學家認為黑洞是將巨大的質量壓縮至一點, 因此具有極大的重力 (萬有引力). 黑洞的引力半徑稱為"視像地平面". 一旦通過了視像地平面, 連光和電磁波都無法脫離. 因此以目前人類的技術是無法看通過視像地平面的, 當然更不可能去測量黑洞的數據. 但是當黑洞在吞噬一個恆星時, 盤旋在黑洞周圍的氣體高速摩擦的情況下會產生大量的珈碼射線 (請看下圖). 如果這些射線是在視像地平面外產生, 那就有機會逃離黑洞的引力被地球人觀測到. 科學家便以這些珈碼射線來判斷黑洞的存在. 值得注意的是銀河系中新就有一個超強大的珈碼射線源. 這是否意味著銀河系中心是一個巨型黑洞, 逐漸吞噬一切呢?
(黑洞吞噬恆星時周為產生的氣體環高速摩擦下產生量子噴流)
哈伯望遠鏡看到的銀河系中心的氣體環和量子噴流. 有些學者認為這就是黑洞存在於銀河系中新的證據)
科學家認為離我們太陽系最近的黑洞如下圖: (Our Sun 指的是太陽, 旁邊那個紫色的點就是黑洞. 黃線代表該黑洞在銀河系的軌道)
傳統牛頓力學裡, 萬有引力是由兩個具有質量的物體互相吸引產生. 但是黑洞能吸引不具質量的光和電磁波, 這是牛頓力學無法解釋的. 愛因斯坦的相對論因此成為早期黑洞理論的起源. 根據相對論, 重力能扭曲空間. 因此很多早期的科學家認為黑洞強力的重力能把周圍的空間扭曲成一個洞, 因此才有"黑洞"這個名詞 (看下圖)
但是理論總是不斷在改進的. 之前我再"脈衝星"一文中提到, 由於角動量守衡的原則, 中子星會高速旋轉. 如果把這方面的數學也考量進去的話, 黑洞應該會比中子星旋轉的更快. 重新用電腦計算的結果, 黑洞不一定是塌陷到一個點, 而有可能是長這個樣子:
看到上面那張圖大家應該都了解到其中的隱喻了吧 – 黑洞可能連結著兩個空間. 但黑洞的另外一邊是什麼? 是宇宙的另一端, 是另一個時間, 還是超乎人類想像的異空間呢? 恐怕沒人知曉吧!
然而黑洞就是恆星的最終點了嗎? 有些科學家不這麼認為.
黑洞蒸發理論?
近代天才 史蒂芬霍金 的黑洞蒸發理論可以說是最引發爭議的黑洞理論了. 霍金先生認為相對論無法完全解釋黑洞, 還必須考慮量子力學. 根據量子力學, 量子(例如光子, 點子, 微中子…)能"無中生有". 其實也不是真的無中生有, 而是正粒子和反粒子能配對猶虛無的能量同時產生 (看下圖). 如果這個個情形發生在靠近視像地平面的黑洞內部的話, 那這些量子還能表演宇宙中最神奇的魔術 – 穿隧(Quantum Tunneling)效應. 如果你不知道什麼是穿遂效應, 那就想像你站在一面牆旁邊. 所有的常識都說你不可能通過這道牆 (大衛魔術師除外). 但是根據量子力學, 你其實有"一定的機率"能平空出現在牆的另一邊. 這個機率和質量成反比. 對人這種質量而言, 機率是零. 但是量子質量非常的小, 因此穿遂效應便有可能發生.
(正負粒子的產生)
根據相對論, 視像地平面內部的任何東西都是無法逃出的. 但這些剛剛產生的量子具有高能量, 能夠有足夠的機率"穿遂"到視像地平面外, 進而逃離黑洞. 因此久未吞噬其他物質的黑洞, 就會這樣一點一滴的失去能量和質量 (質量能量同等). 幾百億年後終於無法維持高重力攤縮, 黑洞就崩潰消失了. 這就是黑洞蒸發理論.