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據美國太空網報道,黑洞是如此怪異、如此違反直覺,以至于人們很難相信它的真實性。然而,科學家們表示,黑洞存在的證據像巖石般堅固。
在對黑洞做出開創性貢獻的物理學家當中,基普•索恩(Kip Thorne)是具代表性的一位。他是美國加州理工學院的一位理論物理學家,提出了很多描述黑洞彎曲時空的理論。
美國太空網(SPACE.com)和這位黑洞專家探討了有關黑洞是如何彎曲時空,黑洞中心奇點的性質以及物理學上的大統一理論等。下面是訪談細節:
美國太空網:在您的論文中,您說黑洞完完全全由時空構成。這怎么可能呢?難道不也是由物質構成的嗎?
基普•索恩:是的,但根據愛因斯坦的理論,質量和能量是等效的,質量或能量可以以多種不同的形式存在。在黑洞中,質量或能量是以彎曲時空的形式存在的。
美國太空網:當一顆恒星演化成黑洞的時候,它的質量經歷了怎樣的變化?
基普•索恩:當一顆恒星坍縮成黑洞的時候,構成恒星的原子在黑洞的中心被摧毀。雖然物質消失了,但是物質的質量轉移到了黑洞彎曲時空當中了。
美國太空網:您也談及到有關兩顆黑洞碰撞的事情。這種事件經常發生嗎?
基普•索恩:在我們銀河系當中大約每10萬年發生一次黑洞碰撞的事件。對于整個可觀測宇宙而言,大約每分鐘或每秒鐘發生一次黑洞碰撞事件。
美國太空網:當兩顆黑洞發生碰撞的時候,時空發生了怎樣的變化?
基普•索恩:每一顆黑洞都像地球那樣圍繞著旋轉軸旋轉。黑洞的旋轉產生了兩個扭曲時空渦旋,類似浴盆放水孔產生的水渦旋,在黑洞的南北兩極各有一個這樣的渦旋,這是黑洞彎曲時空的表現之一。當兩顆黑洞相互圍繞對方公轉、碰撞融合的時候,這些時空渦旋開始席卷剛合并生成的黑洞,這樣在新黑洞的視界(horizon)上就有四個時空渦旋存在。隨著黑洞的不斷旋轉,這些時空漩渦也不斷做振蕩運動,最終轉化成引力波輻射出去。
美國太空網:黑洞還有沒有不存在的可能性?
基普•索恩:到目前為止,我們已經有了黑洞存在的大量觀測證據。我們已經對銀河系中心的黑洞有了完美的觀測研究。這顆黑洞的質量在300萬---400萬顆太陽之間。在當代天文學家的頭腦中,黑洞的存在應該是確定無疑的。在過去10年、20年到30年的時間里,確實存在著懷疑的看法。近年來,來自于觀測的數據是如此良好,如此令人印象深刻,因此我認為不應該有什么懷疑了。
美國太空網:當人們談及黑洞的時候,他們也時常討論黑洞中心的“奇點”(singularity)。奇點真是體積為零密度無限大的點嗎?
基普•索恩:我們認為奇點就像黑洞本身一樣,有著豐富的內部結構。然而,當你接近黑洞的奇點時,我們已知的物理學定律開始失效,量子引力開始起作用。既然我們還沒有很好的理解量子引力,也就不能描述黑洞奇點附近的時空性質。
美國太空網:為了真正能了解黑洞的內部性質,我們需要大統一理論嗎?
基普•索恩:是的,我們首先需要的是量子引力理論,該理論是大統一理論重要的組成部分。(編譯:雙螺旋)
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