人造黑洞的探索

沈臻懿

從“黑洞天體”到“人造黑洞”

一直以來，人們都沒有停止過對于宇宙中神秘天體的探索，但黑洞究竟是什么，仍然還有著許多謎團。俗語說，“眼見為實，耳聽為虛”，直到2019年4月10日21點整，黑洞的“真面目”才在一場全球新聞發(fā)布會中，被天文學家正式公布。這張照片，是人類歷史上首次直接拍攝到的黑洞影像，堪稱人類空間探索領域的一大里程碑。毫不夸張地說，我們已然是人類歷史上，甚至可能是太陽系歷史上首批親眼見證黑洞容顏的“吃瓜群眾”。

宇宙中的黑洞，神秘、強大。任何靠近它的物質，如星系、恒星、小行星、時空、光，無一例外都能被其拖拽入內并吞噬。人們對于黑洞感到好奇的同時，這一天體所具有的強大吞噬能力，也不斷吸引著科學家們的關注與研究。有科學家在對聲波通過某些物質中的表現研究發(fā)現，其在流體中的表現與光線在黑洞中的表現極為相似。如果能夠令流體的速度超越聲速，那么就能夠在這一流體中構建出一個涉及聲音現象的“人造黑洞”。正是有了這一發(fā)現，科學家們隨即提出了一個大膽設想，可否通過人工方式來打造出一個“人造黑洞”？英國媒體《衛(wèi)報》曾報道了一位名叫霍拉蒂·納斯塔西的美國科學家打造出的“人造黑洞”，但最終證實，這一“人造黑洞”的成果只是一個“灼熱的火球”而已。

科學家根據聲波在流體中的表現，已經在實驗室條件下成功制造出了一個讓聲波無法從中逃脫出去的“牢籠”。雖然該“聲波黑洞”并非完美，只能夠吞噬聲音，無法吞噬光線，但這一實驗也增強了科學家們制造出“人造黑洞”的信心。我們知道，吞噬光線是黑洞的重要特性。藍色星球上存在的任何物質，都有著一個名為“錢德拉塞卡極限”的質量上限。簡單來說，只要將某個物質壓入其中，我們就能讓光線無法逃逸。如果科學推斷沒有出錯的話，人們打造出“人造黑洞”的可能性還是存在的。

“人造黑洞”的科學探索用水也能造“黑洞”嗎

黑洞給我們所有人的印象都是神秘的、怪異的，但如果有人告訴你說，用水也能打造出“人造黑洞”，你是否會覺得這是“天方夜譚”？科學家經過研究認為，從理論上來說，以水作為原料未嘗不可，但核心在于向水提供強壓。我們都知道，水的化學式為H2O，是由氫（H）和氧（O）共同構成。當外力不斷對水進行擠壓后，水的分子鍵就會斷裂，并分解為氫原子和氧原子。因此，只要能將水壓縮到特定程度，任何一杯水都具有形成黑洞的“潛力”。

隨著外力的繼續(xù)增強，散亂無章的氫原子和氧原子會漸漸聚攏。當這些原子的間距小于一定距離后，就會發(fā)生核聚變反應，并釋放出大量的能量。此時，原本較輕的原子核會聚合并形成較重的原子核。不過，這一階段離最終的黑洞還相去甚遠。在外部壓力的不斷作用下，壓縮還將持續(xù)進行。原子之間的距離越來越近，起初質量較輕的原子會隨之聚合為質量較重的原子，核聚變反應則會愈加激烈，甚至還會因內外壓力之間的不平衡而引發(fā)爆炸。為了能制造出黑洞，壓力還需要繼續(xù)增強。在此過程中，電子將被迫進入原子核內，并與原子核中的質子相結合，從而形成中子。最終，原子核內只留下數之不盡的中子。在持續(xù)不斷的強壓下，中子還將會壓縮成為密度更大的“夸克”。形成“夸克”后，距離最終的成果——黑洞也就近在咫尺了。

超大型粒子加速器的問世，讓更多的科學家相信，黑洞完全可以通過人工方式來制造

如果光學“人造黑洞”最終能普及的話，原本那些陽光散射過于厲害、無法利用反射鏡來收集太陽能資源的區(qū)域，未來便可以用光學“人造黑洞”來替代了

倘若這一理論能夠成立，人們將制造出多大的“人造黑洞”呢？據科學家推算，如果以我們這顆藍色星球作為原料來壓縮的話，最終可以形成一個半徑不到10毫米的黑洞。若使用地球上所有的液態(tài)水資源作為原料來壓縮，其最終形成的“人造黑洞”體積還不到以地球為原料的十分之一。雖然這一研究在理論上可行，但人們無法，也不可能使用地球上所有的液態(tài)水來制造“人造黑洞”。不過，這并不妨礙科學家們通過其他途徑嘗試從事“人造黑洞”的研究探索。

“迷你黑洞”的嘗試

大型強子對撞機是人類迄今為止，最偉大的發(fā)明之一。物理學家認為，在粒子對撞過程中，很有可能產生類似于黑洞的高密度物質。此外，超大型粒子加速器的問世，也讓更多的科學家相信，黑洞完全可以通過人工方式來制造。只要將粒子加速器中的基本粒子，以光速相撞，其在撞擊過程中引發(fā)核聚變，并釋放出等同于3億倍太陽表面溫度的熱量，就能讓人們獲得一種與黑洞極為近似的物質。已故著名物理學家霍金也曾提出，超大型粒子加速器的確能夠人為制造出黑洞，但這一“人造黑洞”并不會在我們這個世界中停留太多時間。不過，也有人擔心，如果這種人造“迷你黑洞”能夠吞噬周圍的一切，會不會對地球造成毀滅性的打擊呢？美國物理學家史蒂夫·吉汀斯經過分析后認為，通過粒子碰撞后獲得的“迷你黑洞”是無害的。“人造黑洞”能夠毀滅地球的說法，只存在于科幻或虛構的情節(jié)之中。

除粒子對撞外，有研究團隊發(fā)現，當使用世界上最強的X射線轟擊單個分子時，也可以形成“迷你黑洞”。通過直線加速器相干光源，單束激光脈沖能夠從內到外將分子摧毀，把分子中的原子幾乎全部“清空”，只留下一個類似于黑洞天體的“空泛”之物。

“人造黑洞”的前景與隱憂

如同宇宙中的黑洞天體，“人造黑洞”同樣有著吸收物質的特性，就像一臺吸力強大的“吸塵器”。正是由于這一特性的存在，科學家們也看到了“人造黑洞”的未來前景。

人們社會生活中的吃、穿、住、行等各方面，都需要以能源作為基礎。許多年以來，能源的發(fā)展覆蓋了化石燃料、蒸汽、核能、自然能源等類型。但在這些能源中，有的容易破壞環(huán)境，有的則有潛在的危險性。不過，“人造黑洞”的發(fā)展前景，讓科學家看到了一個堪稱完美的能量來源。在黑洞的入口處，會以伽馬射線和X射線的形式泄漏輻射。黑洞的體積與旋轉速度成反比，體積越小，旋轉速度越快，輻射也就越多。這些泄漏的輻射具有足夠的能量能夠為人們所利用。

此外，有科學家設計研究的“人造黑洞”，或許還將能夠吸收電磁波和可見光。這也可為太陽能轉化為電能提供一個全新的能源利用模式。按照這一設計，當入射可見光靠近“人造黑洞”裝置時，光線即會被其所捕獲，并沿著裝置內的環(huán)形結構進入“黑洞”中心，從而被中心柱所吸收。這一光學“人造黑洞”可以把周圍的太陽能全部吸入位于“黑洞”中心的太陽能電池組內。如果該光學“人造黑洞”最終能普及的話，現有利用反射鏡來收集太陽能的方式可能會被淘汰。原本那些陽光散射過于厲害，無法利用反射鏡來收集的區(qū)域，便可以利用光學“人造黑洞”來收集并使用太陽能資源了。

盡管“人造黑洞”會吞噬整個地球的說法已被科學家們的分析所否定，但“人造黑洞”所隱藏的潛在憂慮仍為人們所爭議。有研究認為，“人造黑洞”技術，將有可能誕生“黑洞炸彈”。這一武器很有可能成為繼原子彈等核彈后，人類所面臨的另一大威脅。

不過，當前人們對于“人造黑洞”的研發(fā)還處在實驗室探索階段，不少關于“人造黑洞”的理論也尚處于假設階段，唯有當人們對于宇宙中的黑洞天體有了更多的了解和掌握后，“人造黑洞”技術方能取得進一步的突破。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com