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黑洞专家面对面解析:黑洞是由时空构成而非物质

华股财经 2012年08月17日 10:45:57 来源:互联网
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  据美国太空网报道,黑洞是如此怪异、如此违反直觉,以至于人们很难相信它的真实性。然而,科学家们表示,黑洞存在的证据像岩石般坚固。

  在对黑洞做出开创性贡献的物理学家当中,基普索恩(Kip Thorne)是具代表性的一位。他是美国加州理工学院的一位理论物理学家,提出了很多描述黑洞弯曲时空的理论。

  美国太空网(SPACE.com)和这位黑洞专家探讨了有关黑洞是如何弯曲时空,黑洞中心奇点的性质以及物理学上的大统一理论等。下面是访谈细节:

  美国太空网:在您的论文中,您说黑洞完完全全由时空构成。这怎么可能呢?难道不也是由物质构成的吗?

  基普索恩:是的,但根据爱因斯坦的理论,质量和能量是等效的,质量或能量可以以多种不同的形式存在。在黑洞中,质量或能量是以弯曲时空的形式存在的。

  美国太空网:当一颗恒星演化成黑洞的时候,它的质量经历了怎样的变化?

  基普索恩:当一颗恒星坍缩成黑洞的时候,构成恒星的原子在黑洞的中心被摧毁。虽然物质消失了,但是物质的质量转移到了黑洞弯曲时空当中了。

  美国太空网:您也谈及到有关两颗黑洞碰撞的事情。这种事件经常发生吗?基普索恩:在我们银河系当中大约每10万年发生一次黑洞碰撞的事件。对于整个可观测宇宙而言,大约每分钟或每秒钟发生一次黑洞碰撞事件。

  美国太空网:当两颗黑洞发生碰撞的时候,时空发生了怎样的变化?

  基普索恩:每一颗黑洞都像地球那样围绕着旋转轴旋转。黑洞的旋转产生了两个扭曲时空涡旋,类似浴盆放水孔产生的水涡旋,在黑洞的南北两极各有一个这样的涡旋,这是黑洞弯曲时空的表现之一。当两颗黑洞相互围绕对方公转、碰撞融合的时候,这些时空涡旋开始席卷刚合并生成的黑洞,这样在新黑洞的视界(horizon)上就有四个时空涡旋存在。随着黑洞的不断旋转,这些时空漩涡也不断做振荡运动,最终转化成引力波辐射出去。

  美国太空网:黑洞还有没有不存在的可能性?

  基普索恩:到目前为止,我们已经有了黑洞存在的大量观测证据。我们已经对银河系中心的黑洞有了完美的观测研究。这颗黑洞的质量在300万---400万颗太阳之间。在当代天文学家的头脑中,黑洞的存在应该是确定无疑的。在过去10年、20年到30年的时间里,确实存在着怀疑的看法。近年来,来自于观测的数据是如此良好,如此令人印象深刻,因此我认为不应该有什么怀疑了。

  美国太空网:当人们谈及黑洞的时候,他们也时常讨论黑洞中心的“奇点”(singularity)。奇点真是体积为零密度无限大的点吗?

  基普索恩:我们认为奇点就像黑洞本身一样,有着丰富的内部结构。然而,当你接近黑洞的奇点时,我们已知的物理学定律开始失效,量子引力开始起作用。既然我们还没有很好的理解量子引力,也就不能描述黑洞奇点附近的时空性质。

  美国太空网:为了真正能了解黑洞的内部性质,我们需要大统一理论吗?

  基普索恩:是的,我们首先需要的是量子引力理论,该理论是大统一理论重要的组成部分。(双螺旋)

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