黑洞是什么?在多數(shù)人的心中,黑洞就是一個在宇宙中靜止不動的引力陷阱,一旦物體不小心進(jìn)入它的引力范圍,就會一點一點被吸入其中。
這樣的黑洞是一個不帶電、不旋轉(zhuǎn),永遠(yuǎn)處于絕對靜止的狀態(tài),但這樣的黑洞只存在于理論之中,它被稱為“史瓦西黑洞”,而在真實的宇宙中,黑洞卻不可能是這個樣子的,因為宇宙中并沒有絕對靜止的物體,而宇宙中的天體更是沒有一個不在自轉(zhuǎn)。宇宙中有不自轉(zhuǎn)的恒星嗎?沒有,既然沒有不自轉(zhuǎn)的恒星,又怎么會有不自轉(zhuǎn)的黑洞呢?要知道,黑洞就是由恒星演化而來的。
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當(dāng)大質(zhì)量的恒星生命耗盡,它會在自身引力的作用下向中心急劇坍縮,原本半徑達(dá)到百萬公里的恒星,會變?yōu)橐粋€半徑只有幾十公里的黑洞。
在宇宙中,有一個不可撼動的鐵律,就是角動量守恒,恒星變?yōu)楹诙粗螅w積大幅縮小了,但角動量卻不變,所以原本恒星的自轉(zhuǎn)速度在變?yōu)楹诙春螅瑫蠓涌臁斓胶畏N程度呢?這不難計算,它會接近光速,所以現(xiàn)實中的黑洞是一個以接近光速旋轉(zhuǎn)的引力旋渦。
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從廣義相對論中可知,引力的本質(zhì)是一種幾何效應(yīng),它會扭曲周圍的時空。
那一個高速旋轉(zhuǎn)的引力核心會對周圍的時空產(chǎn)生怎樣的影響呢?它不再限于扭曲時空,而是會拖拽時空。你可以將時空想象為一碗粘稠的糊狀物,當(dāng)某個物體在這碗糊狀物的中心高速旋轉(zhuǎn)時,整碗糊狀物都會隨之轉(zhuǎn)動起來。這就是數(shù)學(xué)家羅伊·克爾對于真實黑洞的描述,而他所描述的黑洞就被稱為“克爾黑洞”。克爾黑洞可不僅僅是一個數(shù)學(xué)上的解,而是被證實的真相。
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既然高速旋轉(zhuǎn)的黑洞可以拖拽周圍的時空,那么其它旋轉(zhuǎn)的天體自然也可以,比如我們所在的地球。
所以要驗證克爾的描述,從地球入手就是最為方便的。當(dāng)然,地球的質(zhì)量要比黑洞小太多了,自轉(zhuǎn)的速度也要比黑洞慢太多了,所以即便它對周圍的時空具有拖拽效應(yīng),也很不明顯,所以要驗證這一點就需要一套極為精密的測量儀器。2004年,美國國家航天局發(fā)射了一顆名為“引力探測器B”的衛(wèi)星,這顆衛(wèi)星上搭載了四個由熔凝石英和硅制造而成的陀螺儀,這四個陀螺儀被精心打磨成了現(xiàn)階段人類能夠制造出的最光滑的球體。
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在太空中,這四個陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸被精確對準(zhǔn)了一顆十分遙遠(yuǎn)的恒星,以此作為絕對靜止的參照物。
一年之后,這四個陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸果然發(fā)生了極其微小的進(jìn)動,雖然其偏轉(zhuǎn)的角度只有一度的36萬分之一,但足以證明地球的自轉(zhuǎn)對時空產(chǎn)生了拖拽作用。既然地球這樣一顆小質(zhì)量慢速行星都能產(chǎn)生可測量的拖拽效應(yīng),黑洞對周圍時空的拖拽就更不用質(zhì)疑了。
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那么到底什么是時空拖拽呢?
在被拖拽的時空中,物體是無法靜止不動的,即便一艘飛船沿著被拖拽方向進(jìn)行反向運動,也不可能使自己懸停在原地,因為被拖拽的并不是飛船,而是空間本身。針對克爾黑洞,英國物理學(xué)家彭羅斯提出過一個大膽的設(shè)想,就是把克爾黑洞當(dāng)作一個巨大的能量電池,從中竊取能量。雖然人類現(xiàn)在還無法做到,但這似乎是一個可行的方法,以接近光速運行的克爾黑洞擁有巨大的能量,如果能夠從中竊取能量,那將是一個便捷的終極能量獲取方式。
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