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第1073章 山海世界(267)

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鐵發射出的x射線在穿過黑洞周圍的介質時也會被吸收。在這個所謂的光離化過程中,鐵原子通常會經曆幾次電離,其包含的26個電子中有超過一半會被去除,最終產生帶電離子,帶電離子聚整合為等離子體,研究人員可以在實驗室中重現了這個過程。

實驗的核心是馬克斯普朗剋核物理研究所設計的電子束離子阱。在這個離子阱中,鐵原子經由一束強烈的電子束加熱,從而被離子化14次。實驗過程如下:一團鐵離子(僅僅幾厘米長並且像頭發絲一樣薄)在磁場和電場的作用下被懸停在一個超高真空內,同步加速器發射出的x射線的光子能量被一台精確性超高的“單色儀”挑選出來,作為一束很薄但卻集中的光束施加到鐵離子上。

實驗室測量到的光譜線與錢德拉x射線天文台和xmm牛頓望遠鏡所觀測的結果相匹配。也就是說,研究人員在地麵實驗室人為製造出了太空中的黑洞等離子體。

這種新奇的方法將帶電離子的離子阱和同步加速器輻射源結合在一起,讓人們可以更好地瞭解黑洞周圍的等離子體或者活躍的星係核。研究人員希望,將ebit分光檢查鏡和更清晰的第三代(2009年開始在德國漢堡執行的同步輻射源petra3)、第四代(x射線自由電子鐳射xfel)x射線源結合,將能夠給該研究領域帶來更多新鮮活力。

人造黑洞的設想最初由加拿大“不列顛哥倫比亞大學”的威廉·昂魯(william unruh)教授在20世紀80年代提出,他認為聲波在流體中的表現與光在黑洞中的表現非常相似,如果使流體的速度超過聲速,那麽事實上就已經在該流體中建立了一個人造黑洞。然而,利昂哈特博士打算製造的人造黑洞由於缺乏足夠的引力,除了光線外,它們無法像真正的黑洞那樣“吞下週圍的所有東西”。

當比我們的太陽更大的特定恆星在生命最後階段發生爆炸時,自然界就會形成黑洞。它們將大量物質濃縮在非常小的空間內。假設在大型強子對撞機內的質子相撞產生粒子的過程中,形成了微小黑洞,每個質子擁有的能量可跟一隻飛行中的蚊子相當。天文學上的黑洞比大型強子對撞機能產生的任何東西的質量更重。據愛因斯坦的相對論描述的重力性質,大型強子對撞機內不可能產生微小黑洞。然而一些純理論預言大型強子對撞機能產生這種微型黑洞。所有這些理論都預測大型強子對撞機產生的此類黑洞會瞬間蒸發。因此它產生的黑洞將沒時間吸積物質,產生肉眼可見的結果。

2008年9月10日,隨著第一束質子束流貫穿整個對撞機,歐洲大型強子對撞機(lhc)正式啟動。截止目前,lhc還未看到實驗室中的黑洞。

2001年1月,英國聖安德魯大學理論物理科學家烏爾夫·萊昂哈特(ulf leonhardt)宣佈他和其他英國科研人員將在實驗室中製造出一個黑洞,當時沒有人對此感到驚訝。然而俄《真理報》日前披露俄羅斯科學家的預言:黑洞不僅可以在實驗室中製造出來,而且50年後,具有巨大能量的“黑洞炸彈”將使如今人類談虎色變的“原子彈”也相形見絀。

俄羅斯科學家亞曆山大·特羅菲蒙科(a. p. trofimenko)認為,能吞噬萬物的真正宇宙黑洞也完全可以通過實驗室“製造出來”:一個原子核大小的黑洞,它的能量將超過一家核工廠。如果人類有一天真的製造出黑洞炸彈,那麽一顆黑洞炸彈爆炸後產生的能量,將相當於數顆原子彈同時爆炸,它至少可以造成10億人死亡。”

2011年12月,一個國際研究小組利用歐洲南方天文台的“甚大望遠鏡”(vlt),發現一個星雲正在靠近位於銀河係中央的黑洞並將被其吞噬。

這是天文學家首次觀測到黑洞“捕捉”星雲的過程。觀測顯示,這個星雲的質量約是地球的3倍,它的位置來逐漸靠近“人馬座a*”黑洞。這個黑洞的質量約是太陽的400萬倍,是距離我們最近的大型黑洞。研究人員分析認為,到2013年,這個星雲將離黑洞非常近,有可能被黑洞逐漸吞噬。

黑洞內部隻有三個物理量有意義:質量、電荷、角動量。

1973年霍金、卡特爾(b. carter)等人嚴格證明瞭“黑洞無毛定理”:“無論什麽樣的黑洞,其最終性質僅由幾個物理量(質量、角動量、電荷)惟一確定”。即當黑洞形成之後,隻剩下這三個不能變為電磁輻射的守恆量,其他一切資訊(“毛發”)都喪失了,黑洞幾乎沒有形成它的物質所具有的任何複雜性質,對前身物質的形狀或成分都沒有記憶。 於是“黑洞”的術語發明家惠勒戲稱這特性為“黑洞無毛”。

對於物理學家來說,一個黑洞或一塊方糖都是極為複雜的物體,因為對它們的完整描述,即包括它們的原子和原子核結構在內的描述,需要有億萬個參量。與此相比,一個研究黑洞外部的物理學家就沒有這樣的問題。黑洞是一種極其簡單的物體,如果知道了它的質量、角動量和電荷,也就知道了有關它的一切。黑洞幾乎不保持形成它的物質所具有的任何複雜性質。它對前身物質的形狀或成分都沒有記憶,它保持的隻是質量、角動量、電荷。消繁歸簡或許是黑洞最基本的特征。有關黑洞的大多數術語的發明家約克·惠勒,在60年前把這種特征稱為“黑洞無毛”。

幾十年來宇宙學家一直對黑洞會摧毀製造它的資訊的問題所困擾。黑洞是由它的質量、角動量、電荷量這三個性質所決定的天體。任何被它吸入的複雜資料也隻會保留這三個資訊。假如是這樣,那就無法知道最初形成黑洞的物體的其他特征,以及黑洞吸入的物體的其他特征。然而,量子力學中資訊會被永久儲存,而且你可以用那些資訊重建物體的過去。

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