■黑洞已经找到了
那么,这些理论真的可靠吗?现在天文探测已经回答了这个问题。
蟹状星云在金牛座。公元1054年,就是我们北宋仁宗的时候,历史书有记载,当时的宋朝人看到了天上有一个超新星爆发,恒星爆掉没有了,剩下的东西就是这个蟹状星云。现代天文学家在它的中心部分看到了一个中子星。
黑洞也探测到了。当然这非常困难的,因为原则上你看不见它。天文学家不甘心,想各种各样的办法,目前正在用的一种方法就是探测黑洞双星。
什么叫黑洞双星?我们的太阳是个单身汉,它要有老伴我们地球上的生命反而活不成了,不过银河系里的恒星大多数是一对一对的,是双星。如果其中一个又亮又大,我们用望远镜看得见,旁边那个已经变成黑洞,跟亮星互相绕着转,那么它强大的引力场会把同伴星的物质吸引过来,高速旋转。高速旋转的时候,一定会发出强劲的X射线。那好了,我们探测什么地方发出X射线,进一步考察那里是不是一对双星,再推是不是存在黑洞。
70年代以来,以美国、欧洲为主,发射了一系列的卫星专门探测X射线,现在一共找到15万个X射线源,当然不一定都有黑洞。人类探测到的第一个黑洞是天鹅X-1,位于天鹅座。双星旋转的周期是5.6天转一圈,相距三千万公里。看得见的是一颗九等星,X射线是黑洞外围高速运转的电子发出来的,离我们八千光年。整个七十年代,一共发现四个黑洞,国际天文学界戏称“黑洞四人帮”。一直找到现在,也就发现了十来个黑洞。
遥远的M100星系,在后发座,1979年的时候观测到里面一个超新星爆发,到了2010年的11月份,发现这里有一个黑洞,是超新星爆发以后形成的,也就是说这个黑洞诞生才20来年,是已知最年轻的黑洞——好多媒体都误解了,你不要以为这个黑洞是现在形成的,它是五千万年以前形成的,因为它距离地球是五千万光年。
除了恒星超爆以后形成的黑洞,还有更大的黑洞。现在基本上认为星系中央普遍存在巨型黑洞。像银河系中心的巨型黑洞,质量比太阳大260万倍,视界半径760万公里,这个已经很明确地探测到了。
争论
索恩VS霍金——时间机器之争
白洞(white hole)是由科学的对称性引申出来的一种猜想。对称性是当代物理学最重要的中心思想之一。那么根据对称性,把黑洞反过来就是白洞。
白洞是黑洞的时间反演。白洞也有视界和奇点。所有物质、能量和信息都不能进入白洞的视界,只能从视界内部逃逸出来。白洞是宇宙中的喷射源。白洞的奇点里藏匿着无穷尽的物质。迄今为止,没有任何物理理论能够给出像黑洞形成机制那样的形成白洞的机制,也从来没有在实际的天文观测中发现具有白洞特征的任何天体或天文现象。迄今为止,白洞只是理论上的一种猜想。
那么虫洞(Wormhole),就更奇妙。做个比喻,一个苹果,里边有虫子,在你看不见的地方,虫子拱出来的那个洞、那个隧道,就是虫洞。它连着黑洞的奇点跟白洞的奇点,是某种神秘的通道。掉进了黑洞,顺着这个通道到白洞,一下子又喷出来了,就是这样一种猜想。
科幻小说里面经常会提到时间机器,人这头进去是现代,那头冒出来也许是古代也许是未来。以前,关于时间机器的幻想都是没有科学根据的,因为这些科幻作品主要描写的是超光速飞行。光不是一秒30万公里吗,我这飞行器速度比光还要快,我往前追,总有一天跑到秦始皇那个年代去,等着瞧他怎么焚书坑儒。可是这个东西被相对论所否定,因为任何飞行不可能超光速。出现虫洞的说法后,情况有所变化。
美国当代著名的天体物理学家索恩(Thorne)写了两篇介绍虫洞的文章,说有了虫洞,有可能实现时间机器,跑到古代或未来。他举例说,地球距织女星是26光年,这是在四维的宇宙时空里。如果地球旁边有一个黑洞,这个黑洞的奇点与另一个白洞的奇点由虫洞连接着,而白洞却在织女星旁边。设想一艘飞船掉进黑洞以后,通过虫洞,从织女星旁边的白洞又冒出来,那也许一天或者两个钟头就完成了。在这里等着看26年来地球上发生的事情,就等于回到了从前。
注意索恩写的不是科幻文章,而是严肃的科学文章,他依据的还是广义相对论。但相对论所描述的虫洞不在现实的四维时空里,而在所谓的“超空间”里头。超空间在哪里?连爱因斯坦也说,我们人类能意识到的空间都是现实空间,超空间只有理论描述,只能意会不能言传。
索恩的好朋友霍金却不同意他的说法。霍金说,超空间里的虫洞,按照相对论,存在的时间极短,出现了马上就没了,这个时间是10的负十几次方秒,短到连一眨眼都形容不了,飞船想要飞过去是不可能的。任何企图穿过虫洞的事物,不等你冒出来,虫洞就关闭了,还是死在那里头了。而且按照相对论,虫洞内部有负压力,虫洞直径越小,压力越大,那么你要想飞船安全的话,就要把直径做得很大。比如说虫洞直径要有1光年那么大,飞船才能安全通过,这有可能吗?
但是索恩并没有放弃。他说未来的人类也许会有高超的技术,能让飞船能发出一种具有负能量的物质——存在强大的斥力,把虫洞长时间地撑住,飞船不就过去了吗?
霍金还是否定他。霍金说你怎么着也不行,因为物理定律不允许有时间机器,所谓时间,只能向前不能向后,任何事物总是前因后果,历史不能被破坏。不管你想制造、运用什么样的时间机器,总会有某种规律使你不能成功。你要问什么规律?谁也不知道。西方人也许会认为冥冥之中有上帝。这就是霍金跟索恩,两位当代的大物理学家彼此都不能说服的争论。
最后索恩说了一句比较中肯的话,他说在物理学深刻认识量子引力理论之前,我们谁也不能下结论。量子引力理论就是将量子力学跟相对论统一起来的新物理理论,爱因斯坦的后半生孜孜以求但没有做出来,直到现在,全世界那么多物理学家,谁也没有做出来。