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第10章 光线也会弯曲

我们都知道,在同一介质中,光是沿直线传播的。比如你打开手电筒,看到的是一束笔直的光柱。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,即使是在同一种介质中,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。

这里,山姆教授就给你们讲讲黑洞的来龙去脉。

黑洞概念的提出已经有200多年了。1783年,英国人约翰·米歇尔第一个提出。

我们知道,两种物质,只要它们各自有质量,那么它们之间就有吸引力。谁的质量大,谁的这种力量就更强。比如,往天空扔一个苹果,苹果会落到地上,就是因为地球的引力把他吸下来了。在太空中,苹果就是漂浮的。那么为什么不是苹果把地球吸上来呢?因为地球的质量要比苹果大的多。

天文学家认为,在宇宙中存在着质量足够大并足够致密的恒星,它的引力可以吸收任何物体,甚至可以将跑得最快的光吸过来,并束缚住。这样的恒星所在的区域就是黑洞。

人类第一次“看到”黑洞是在1971年,美国发射的人造卫星“自由号”探测到一个来自天鹅座区域的很强的X射线脉冲源,这是第一个被确认的黑洞。

关于黑洞性质的理论探索是非常有趣的。黑洞能将当落入其中的物质分裂成旋转方向相反的两个粒子,其中的一个落入黑洞中心,另一个则会携带能量飞出黑洞,逃之夭夭。人们根据黑洞的这一特性,设想了一座黑洞附近的生态城市。每天,装载着城市垃圾的列车开到黑洞附近,将垃圾以特定的方向倾倒入黑洞中,而空车则携带着巨大的能量回到城市里,转变成电能供人们使用。多么令人向往的城市啊!

不过,山姆教授要说的是,这只不过好是人们的美好想象而已。

黑洞是贪婪的宇宙掠夺者,它吞噬一切靠近的物质,甚至吞吃另一个黑洞。但是黑洞也有吃不下的东西,如同人吃了不好的食物会呕吐或拉肚子一样,黑洞吃了带负能量的物质,不但增加不了体重,反而要消耗自身能量来消化,于是,黑洞反过来开始向外蒸发物质,体积越来越小,最后爆炸并消失在宇宙中。

那么,黑洞又怎么使光线弯曲的呢?

当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。虽然这个星体存在,但是他发射的光线到不了地球,所以我们看不到它。

而且,由于光线的这个特性,让我们能看到太阳背后的星星。

当一个星星在太阳的背后,本来是该遮挡着的,如果直线传播,我们在地球上是看不到的。但是,星星的光在经过太阳这个圆球之后,包括月亮,都会弯曲,我们在地球上就可以看到本来看不到的星星了。

这个角度是有限的,不是所有的太阳背后的星光都能看到的,这个区域大概是17度。

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