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标  题: 第五章 黑夜降临
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年07月16日20:13:53 星期二), 站内信件


第五章 黑夜降临



    银河系闪烁着 1000 亿颗恒星的光芒，它们中的每一个又都必然面临末日的
    到来。在 100 亿年后，我们现在所见到的大多数恒星将会从视线中消失，
    因缺乏燃料而死去，成为热力学第二定律的牺牲品。


    但是，银河系将依然星光闪烁，因为即使一些恒星死亡了，新的恒星会生而
    代之。在银河系的旋臂，如太阳目前所在的旋臂中，气体云在引力作用下收
    缩、坍缩和碎裂，并触发一连串的恒星诞生。看一下著名的猎户座，就会发
    现这种恒星苗圃中的活动情况。猎户“佩剑”（在北半球看来它好像被挂在
    腰带的下方），中央有一团黑糊糊的绒毛状光斑。实际上它不是一颗恒星而
    是一团星云。在这个巨大的气体云中散布着一些明亮的年轻恒星。天文学家
    最近通过观测红外辐射（而不是可见光），已窥察到那儿处于最初形成阶段
    的恒星，它们仍然被气体和尘埃所包围，亮度也就降低了。


    只要有足够的气体，在我们星系的旋臂中将会继续形成新的恒星。银河系气
    体一部分是还没有聚集成恒星的原初物质，而另一部分气体则是从老年恒星
    以超新星碎屑、星风、小爆发和其他一些过程的形式抛出来的。显然，这种
    物质的再循环过程是不可能永无止境的。当老年恒星死亡并坍缩成白矮星、
    中子星或黑洞时，便不能再对星际气体进行补充。原初物质会一点一点地并
    入新生的恒星，直到全部用完。当最后一代恒星走完它们的生命轮回而死亡
    时，星系便不可避免地开始变暗。这种变暗过程会拖得很长，要经过好几十
    亿年之后，最小最年轻的恒星才能结束它们的核燃烧，并收缩成白矮星。但
    是，作为缓慢而痛苦挣扎的结局，永恒的黑暗终将来临。


    类似的命运等待着所有散布在广袤空间中的其他星系。现在，整个宇宙因核
    动力的丰富能量而显得绚丽多采，但它终将把这种宝贵的能源消耗殆尽。光
    辉时代总要永恒地结束，一去而不复返。


    但是，当宇宙之光熄灭的时候，宇宙的末日还不会来临，因为还存在另一种
    比核反应更强大的能源。引力，这种在原子层次上最弱的自然力，在天文尺
    度上可以变成占绝对优势的力。引力的效应也许是相对温和的，但是这种力
    却是百折不挠，永远存在。在几十亿年时间里，恒星借助核燃烧来维持自己，
    抵抗自身的重量。但是，每时每刻引力都在寻求机会，以图把恒星压得粉碎。


    原子核中两质子间的引力仅仅是核力的 10 万亿亿亿亿分之一( 10-37 )。
    不过，引力具有累积的特性。恒星中每增加一个质子，总重量就会增加，最
    终引力会变得压倒一切。正是这种压倒一切的力为我们提供了打开巨大能库
    的钥匙。


    没有一种天体能比黑洞更生动地说明引力的威势了。这里，引力获得绝对的
    胜利，恒星被压得荡然无存，要说留下痕迹也只是使周围时空变得无限弯曲。
    关于黑洞，有一个绝妙动人的思想性实验。想象有一小球，譬如一个普通的
    台球，从远处落入黑洞。这个球钻入黑洞后便会从视野中消失，它就这样丢
    失了，再也找不回来。但是，它在黑洞的结构中会留下曾经存在过的一丝痕
    迹。作为黑洞，吞没这个球的结果是会变得稍稍大一点。计算表明，如果这
    个球从静止状态直接落向黑洞中心，黑洞增加的质量将等于小球原来的质量，
    任何能量或质量都没有逃逸出去。



    图 5-1 在这项理想化的假想性实验中，绳子系住的重物用一固定的滑轮系
    统（图中未画出固定装置）朝黑洞表面慢慢下降。结果，下降的重物会做功，
    并把能量释放给盒子。当重物接黑洞表面时所释放的总能量便趋近于重物的
    全部静止质量能。


    现在来考虑另外一个实验，实验中的小球是慢慢地向黑洞下降，用一根带子
    系在小球上就能做到这一点。把这根带子穿过滑轮连到一个可使带子放松的
    滚筒上（图 5-1 ，假设这根带子没有弹性，也没有重量。这只是一种习惯
    假定，以避免讨论的复杂化）。小球下降时会释放出能量，如通过与滚筒连
    在一起的发电机的转动便能做到这一点。小球越靠近黑洞表面，黑洞对小球
    施加的引力越强。因此小球的重量增加，而它对发电机所作的功便越来越大。
    简单的计算可以求出小球在到达黑洞表面之前总共可以把多少能量赋予发电
    机。在这种理想情况下，答案是相当于这个小球全部静止质量的能量。


    回想一下爱因斯坦的著名公式 E ＝ mc2 ，它告诉我们质量 m 所相当的能
    量为 mc2 。利用黑洞，人们原则上可以收回这份能量。对一个重 100 克的
    台球来说，这份能量意味着约 l0 亿千瓦时的电功率（光速 c 为每秒 30 
    万公里）。作为比较，太阳通过核聚变燃烧100 克燃料，所释放的能量还不
    到这个数字的百分之一。所以，原则上引力能的释放比作为恒星能源的热核
    聚变强 100 倍以上。


    当然，上述两种假设情况完全是不现实的。毫无疑问，天体在连续不断地落
    入黑洞，但决不是准确地沿径向下落，也绝对不会以最有效的汲取能量方式
    悬挂在滑轮上。因此，实际发射的静止质量能量介于零和百分之一百之间，
    具体来说究竟有多大比例则取决于物理环境。在过去的几十年里，天体物理
    学家进行了广泛的计算机模拟，并研究了其他—些数学模型，以图认识气体
    在旋入黑洞时的行为，并估计所释放能量的大小和形式。这里涉及的物理过
    程非常复杂，但可以肯定的是，从这种系统可源源不断地输出巨大的引力能。


    一次观测等价于 1000 次计算，天文学家一直在广泛地搜索可能正处于吞食
    物质过程中的黑洞。在天鹅座有一个看来很令人相信是黑洞的系统，那就是
    天鹅 X-1 ，光学望远镜发现了一个巨大而又炽热的恒星，这类恒星因其颜
    色而称为蓝巨星。天文学家从它的光谱可以知道这颗蓝巨星不是一颗单星，
    因为它表现出节律摆动，说明附近有一个天体正通过引力作用周期性地牵制
    它。很明显，这颗星和另一个天体在密近轨道上互绕着转动。但是，光学望
    远镜怎么也看不到它的伴星；它要么是个黑洞，要么是颗很暗的致密星。它
    是个黑洞只是一种可能，而决不是证据。


    进一步的线索来自对这个暗天体质量的估计。只要知道蓝巨星的质量，暗天
    体质量便可按牛顿定律导出。为了做到这一点，可利用恒星质量和它的颜色
    之间所存在的密切关系：大质量恒星往往温度很高，因而呈蓝色。计算表明，
    这颗不可见伴星的质量为几倍的太阳质量。很清楚，这不是一颗普通的暗小
    恒星，所以它必定是一个已经历了坍缩过程的大质量星，如白矮星、中子星
    或黑洞。但鉴于一些带根本性的物理学原因，这个大质量致密天体不可能是
    白矮星或中子里。问题在于，它有很强的引力场，而这种引力场会力图把这
    个天体挤压得粉碎。要避免完全坍缩成一个黑洞，必须内部存在某种压力，
    而且强度要足以同重力的镇压力相抗衡。但是，如果这个坍缩天体有几倍太
    阳质量，那么，就现在所知，没有一种力可抵挡这种能压碎一切的物质重量。
    事实上可以证明，如果恒星核区足够坚硬而不会被压碎，则核区物质中的声
    速必然会超过光速。因为这是违背相对论的，所以大多数物理学家相天文学
    家相信，在这种环境下黑洞的形成是必然的。


    但是，决定性证据完全来自另一项观测。正如天鹅 X-1 的名称所示，这个
    系统是一个强 X 射线源，而 X 射线可用特别设计的星载传感器来加以探测。
    根据天鹅 X-1 的暗伴天体是一个黑洞的假设，理论模型令人信服地给出了
    它的 X 射线流量。通过计算得出的黑洞引力场很强，因而能从蓝巨星中吸
    取物质。这些掠夺过来的气体在拉向黑洞并最终湮没的过程中，系统的轨道
    转动会使这些下落物质绕黑洞作涡旋式运动，并形成一个盘。这种盘不可能
    完全稳定，因为近中心的物质绕黑洞的转动比外边缘附近物质的转动快得多，
    而粘滞力则力图消除这种转动差异。结果是气体被加热，最后所达到的温度
    很高，因而不仅能发射可见光，而且能发射 X 射线。这相当于损失轨道能
    量，从而使气体缓慢地旋入黑洞。


    因此，关于天鹅 X-l 中存在黑洞的证据，有一系列相当长的推理过程。它
    既涉及观测细节，也用到理论模型。这也正是近年来许多天文学研究的典型
    特点。任何单一的证据不能令人信服，但是把对于天鹅 X-1 和许多其他类
    似系统的各种研究综合起来考虑，便有力地说明了黑洞存在的可能性。可以
    肯定地说，黑洞解释是最简洁也是最自然的。


    对于更大黑洞的活动，可以预期会出现更为壮观的效应。现在看来，许多星
    系的核心很可能包含超大质量黑洞，其证据是在这些星系核中观测到恒星在
    很快地运动，并且明显趋向一个有很强引力作用的高度致密天体。对这种天
    体质量的估计表明，它们可能包含了相当于 1000 万到 10 亿个太阳的物质，
    这么大的质量使它们对任何漂泊到附近的物质有一种贪婪的吞食本能。恒星、
    行星、气体和尘埃都可能为这类怪物所捕获。物质下落过程有时很可能非常
    激烈，以致会改变星系的整体结构。天文学家对各种各样活动星系核十分熟
    悉。有些星系的外貌确确实实呈现有爆发活动，许多活动星系是强射电源、
    强 X 射线源，或其他能量形式的强源。最与众不同的是一类具有巨大气体
    喷流的活动星系，喷流可长达数千甚至几百万光年。某些这类天体的能量输
    出之大简直令人难以置信。所谓类星体（或者说类似恒星状的天体）是一些
    极其致密的天体，直径可能只有 1 光年，所以它们看上去像是一些恒星，
    但所发出的辐射能却与数以千计的普通星系的辐射一样多。


    许多天文学家相信，这类受到严重扰乱的天体的中央发动机是一些巨大的旋
    转黑洞，它们正在摄取附近的物质。任何一颗恒星只要靠近黑洞，就很可能
    首先为黑洞的引力所撕裂，或者因与其他恒星发生碰撞而碎裂。这些被撕裂
    的物质可能形成一个热气体盘，它绕着黑洞旋转，并慢慢地向内沉落，这跟
    天鹅 X-1 的情况一样，只是尺度要大得多。于是，随着物质的内沉，大量
    的引力能沿黑洞的自转轴方向释放出来，从而产生一对方向彼此相反的喷流。
    这种能量释放机制和喷流的形成可能是很复杂的，它们不仅涉及引力，还涉
    及电磁力、粘滞力和其他一些力的作用。这一领域一直是理论和观测工作的
    重点研究课题。


    银河系又会怎样呢？是不是我们的银河系也会以这种方式遭到破坏呢？银河
    系中心位于人马座，离开我们有 30000 光年之远。它的内区被大量的气体
    尘埃云所遮蔽，但是利用射电、X 射线、γ 射线和红外辐射探测器，天文
    学家已经能够识辨出在那儿有一个高度致密而又蕴藏巨大能量的天体，称为
    人马 A* 。尽管人马 A* 的尺度不会超过几十亿公里（按天文标准，这是很
    小的），但却是银河系中最强的射电源。它的位置与一个很强的红外源相重
    合，而且同一个 X 射线天体靠得很近。虽然情况十分复杂，但那里隐藏着
    一个黑洞的可能性看来正在增大，而且用它至少可以解释若干观测现象。不
    过这个黑洞的质量可能不大于 1000 万倍太阳质量，正好处于超大质量范围
    的下限。没有任何证据表明它有其他某些星系核中所出现的那种大规模的能
    量发射和物质抛射的现象，但这也可能是由于这个黑洞目前正处于相对平静
    阶段。未来的某个阶段，也许在接收到更多的补充气体后，它可能会被激活。
    如果是这样的话，银河系核会变成激烈活动的星系核，虽然它不大可能会像
    我们所知道的其他许多星系那样道到严重破坏。现在还不清楚这种激活对位
    于银河系旋臂上的恒星和行星会有什么样的影响。


    只要附近还有物质供应给它，黑洞就会继续释放被吞食物质的质量能。随着
    几十亿年时光的流逝，越来越多的物质被黑洞所吞食，结果使黑洞变得更大，
    食欲更旺盛。这种魔鬼般的黑洞会通过其强大的引力场使偶尔靠近的天体快
    速地吞噬入其空腹之中，而且由于引力辐射，一种极其微弱但最终起决定性
    作用的引力过程，最终也会使在很远的轨道上绕其旋转的恒星难逃厄运。


    在 1915 年提出广义相对论后不久，爱因斯坦发现引力场有一个引人注目的
    特性，即这些引力场方程预言存在具有波动性质的引力振荡，它们的传播速
    度就是真空中的光速。这种引力辐射使人想起电磁辐射，如光波和无线电波。
    不过，尽管引力辐射可以携带很多能量，但在物质作用的程度上它不同于电
    磁辐射。无线电波很容易被像金属丝网那样的小巧结构所吸收，而引力波的
    作用则非常微弱，它可以畅通无阻地穿过地球而几乎毫无损耗。如果能做成
    一个引力激光器则需要 1 万亿千瓦的射束才能煮沸一壶水，效率只相当于 
    1000 瓦的电热丝。引力辐射是相当微弱的，究其原因在于事实上引力是自
    然界内各种已知力中最最微弱的一种。例如，原子中引力与电力之比约为 
    10-40 。我们之所以会注意到引力的唯一原因完全在于它的累积效应。因此，
    它对行星这种较大天体起着决定性的作用。


    引力波的效应是极其微弱的，它们的产物也毫不显眼。原则上说，只要质量
    受到扰动，就会产生引力波。例如，地球绕太阳的运动会发射出一系列连续
    的引力波并进入银河系，但输出的总功率仅有 1 毫瓦。这份能量损耗会造
    成地球轨道的减小，但减小的速率慢得出奇：每 10 年大约减小 1000 万亿
    分之一厘米。


    但是，对于以接近光速运动的大质量天体来说，情况便截然不同了。有两种
    现象可能导致重要的引力辐射效应。一种是突发性的激烈活动事件，如超新
    星爆发。或恒星坍缩形成黑洞。这类事件的结果是发射短暂的脉冲式引力辐
    射，也许只能持续几个微秒，但通常会携带 1044 焦耳能量（与太阳所输出
    的热量相比，后者约为每秒 3×1026 焦耳）。另一种是大质量天体彼此作
    高速互绕转动时的那种比较慢也比较规则的运动。例如，一对密近双星会产
    生大流量的引力辐射。如果其中的两颗恒星是坍缩天体，如中子星或黑洞，
    那么这一过程便特别有效。天鹰座里有两颗作互绕轨道运动的中子星，相距
    仅为几百万公里。它们的引力场极强，每转动一周所需要的时间还不到 8 
    个小时，因此这两颗恒星的运动速度同光速相比也是相当可观的。这种非同
    寻常的奔跑极大地放大了引力波的发射率，结果，轨道的每年减小量便可以
    测量出来（运动周期约改变 75 微秒）。随着这两颗恒星向内盘旋接近，发
    射率将逐步上升，这就注定它们在 3 亿年后会彼此相撞。


    天文学家估计，每个星系大约每 10 万年发生一次这类双星系统的合并事件。
    这种天体密度非常大，引力场极强。在恒星碰撞前的最后时刻，它们将以每
    秒几千圈的速度互绕转动，同时引力波的频率则急剧升高，并发出持有的吱
    吱声。爱因斯坦的公式预言，引力的输出功率在这最后阶段中将是异常惊人
    的，而且轨道会迅速坍缩。恒星的形状会因彼此间的引力牵拉而严重变形，
    因而在接触前的瞬刻，它们看上去就像一根急剧旋转的巨型雪茄。最后的合
    并将是乱糟糟的，两颗恒星并合成一个复杂而疯狂跳动的团块，它会发出大
    量的引力辐射，到它安定下来之时已大致成为球形。这个球就像一个怪铃，
    以一种特殊的振动方式摇晃、颤动。这种振荡也会产生引力辐射，这样就会
    进一步消耗天体的能量，直至它最后安宁下来，变成毫无生气的天体。


    虽然引力辐射过程相对来说是缓慢的，但很可能对宇宙的结构具有深远的长
    期效应。因此，科学家们力图通过观测来证实他们关于引力辐射的思想，而
    这一点是极为重要的。对天鹰座中那个双中子星系统的研究表明，它们的轨
    道正在减小，而减小的速率恰好与爱因斯坦理论的预言相一致。因此，这个
    系统提供了发射引力辐射的直接证据。但是，更具有决定性意义的试验要求
    在地球上的实验室里探测到这种辐射。许多研究小组已建造一些设备用以记
    录引力波爆发那稍纵即逝的信息，但到目前为止所有这类装置都不够灵敏，
    无法探测到引力辐射；很可能我们只有在新一代探测器诞生之后才能完全证
    实引力波的存在。


    两颗中子星的合并可能会产生一颗更大的中子星或者一个黑洞。一颗中子星
    和一个黑洞的合并，或两个黑洞的合并，则必定产生一个黑洞，这一过程同
    样会伴有引力波能量损失，接着是复杂的振颤或运动，而这种运动会因引力
    波能的损失而慢慢地衰减下去。


    探讨两个黑洞合并时所释放的引力能的理论极限是很有意义的。在 70 年代
    早期，罗杰·彭罗斯( Roger Penrose )、霍金、勃朗顿·卡特( Brandon
    Carter )、雷莫·鲁菲尼( Remo Ruffini )、拉里·斯玛尔( Larry Smarr
    )和其他一些人已经完成了有关这些过程的理论工作。如果两个黑洞有相同
    的质量，并且无旋转，那么能释放出大约 29% 的总静止质量能。如果以某
    种方式对这两个黑洞加以巧妙的处理，那么这些能量不一定完全以引力辐射
    的形式出现。但是，对于自然并合体，大部分能量就应当以这种极其难以察
    觉的形式释放出来。如果黑洞以物理定律所允许的最大速度（粗略地说就是
    光速）在自转，而且以反向旋转的方式沿着它们的自旋轴并合，那么就会有 
    50% 的质量能发射出来。


    即使有这么大的比例也还不是理论极限。可能存在带电荷的黑洞。一个带电
    黑洞既有电场又有引力场，两者都可以储存能量。如果一个带正电的黑洞遇
    上另一个带负电的黑洞，就会发生“放电”，在这一过程中所释放的不仅有
    引力能而且还有电磁能。


    事实上，给定尺度（或质量）的黑洞只能携带不超过某个极大值的电荷量，
    因此这种放电存在某个极限。对无自转黑洞，这个极大值可由如下的考虑来
    决定。设想有两个带有等量电荷的相同黑洞，黑洞的引力场会在它们之间产
    生吸力，而电场则产生斥力（类似于电荷相斥）。当荷质比达到某个临界值
    时，这两种相反的力恰好平衡，于是在两个黑洞之间便不存在净力。正是这
    个条件决定了黑洞可以包含的极限电荷量。你也许不知道，如果设法增加黑
    洞的电荷使之超过这个极大值，将会发生什么情况。要做到这一点的一种途
    径是强迫更多的电荷注入黑洞。这种做法会起到增加电荷的作用，但为克服
    电斥力做功就要施加能量，这份能使传递给了黑洞。因为质能相当（记住 E 
    ＝Mc2 ），黑洞的质量就增大，体积也随之变大。简单的计算表明，在这一
    过程中质量的增加要比电荷增加得更多，结果荷质比实际上减少，而企图超
    过这个极限的努力终告失败。


    带电黑洞的电场对黑洞的总质量是有贡献的。对携带最大允许电量的黑洞来
    说，电场代表了一半质量。如果两个无自转黑洞都带有极大电荷，但电荷的
    符号相反，那么它们彼此间存在两种吸引力：引力吸引和电磁吸引。当它们
    并合时，电荷中和，而电能就能被提取出来。理论上说，它能达到这种系统
    总质量能的 50% 。


    如果两个黑洞都在自转，并带有极大相反电荷．那么所提取的能量便达到绝
    对上限。这时，总质量能的三分之二可以释放出来，这个比例是很高的。当
    然，这种数值只有理论上的意义，因为实际上黑洞不可能携带大量的电荷，
    两个黑洞也不可能以这种最佳方式并合，除非有一个技术发达的社会能对它
    们实施巧妙的人为控制。然而，即使两个黑洞的低效率合并也可能把这两个
    天体总质量能的可观部分几乎在瞬息之间释放出来。在它好几十亿年的生涯
    中，恒星依靠核燃烧大约释发了百分之一的质量，相比之下可谓微不足道。


    这些引力过程的意义在于，在恒星的核燃烧结束后，它的死亡之旅仍是漫漫
    无期的。作为一个坍缩后的残骸，它还有潜力通过引力释放能量，而且远远
    超过当它还是个灼热气体球时由热核过程所放出的能量。当这个事实大约在 
    20 年前被人们认识之时，物理学家约翰·惠勒（ John wheeler ，他是最
    早提出“黑洞”这个词的人）设想有那么一个文明世界，由于它们对能量的
    需求不断增加，结果便放弃了自己的恒星，并在一个自转黑洞周围安居下来。
    每天，这个社会的废物被装上载重卡车，并通过一条经仔细计算过的弹道送
    往那个黑桐。在接近黑洞时，卡车上的废物就卸下来倒入黑洞。通过这种方
    式，废物便一劳永逸地处理掉了。下落的废物沿着与黑洞自转方向相反的路
    径飞行，它会影响黑洞的自转，使自转速率稍稍减慢。于是，黑洞的自转能
    就释放出来，而文明世界便可以利用它为自己的工业提供能源。因此，这个
    过程具有彻底销毁一切废物并把它们完全转变成能量两大优点！文明世界可
    以在需要的时候通过这种方式，从死亡之星获取能量，而且能量的供应要比
    恒星在核燃烧阶段所发出的大得多。


    虽然利用黑洞能是一种科学幻想，但是，许多物质将会在黑洞内自然地寿终
    正寝。它们可以是坍缩恒星的一部分，也可以是偶然相遇而被吞食的碎片。
    凡是在我作黑洞讲演的时候，人们老是要问进入黑洞的东西会发生什么情况。
    简单的答复是：我们不知道。老实说，我们对黑洞的认识几乎完全基于理论
    考虑和数学模型。事实上，按黑洞的定义，即使我们非常靠近黑洞来进行观
    测（这是做不到的），我们不能从外部世界观测到黑洞的内部，也永远不可
    能知道它里面发生什么情况。然而，首先用来预言黑洞存在的相对论，也可
    以用来预言宇航员在掉进黑洞时的经历。下面便是这种理论推测的大致情况。


    黑洞的表面实际上只是一种数学图象，那里没有真正的一层“膜”，而只是
    一无所有的空间。那位下落中的宇航员在进入黑洞时，看不到任何在物理学
    意义上特别与众不同的情景。但是，这个表面确实有着某种引人注目的物理
    学含义。黑洞内部的引力非常强，能俘获光，也就是把向外跑的光子重新拉
    回来，这意味着光无法逃离黑洞。黑洞之所以从外面看上去是黑的就是这个
    原因。因为没有一种物体或者信息可以比光跑得更快，所以任何东西一旦进
    入黑洞就没法逃出去。黑洞内所发生的事件对外部观测者来说永远是个秘密。
    因此，黑洞的表面被称作“事件视界”，因为它把从远处可以目睹的外部事
    件与不可目睹的内部事件分隔开来了。但是，这个效应仅是事情的一个方面。
    当宇航员进入事件视界以内的区域，他仍然可以看到外部世界，尽管在外面
    的任何入永远也不能再见到他。


    当宇航员越来越深入黑洞时，引力场变得更强了。有一种效应使他的身体变
    形。如果他下落时脚在前面，那么他的双脚就比他的头更接近黑洞中心，因
    而脚所处的引力更强些。结果、他的脚所受到的往下拉的力会比头部更利害，
    这样一来他就拉长了。与此同时，他的双肩会沿着向中心会聚的方向拉向黑
    洞中心，所以他的两边便要受到侧向的挤压。这种拉长和挤压的过程有时称
    作拉面过程( Spagehitiffication )。


    理论研究表明，在黑洞中心引力的增强是没有上限的。因为引力场表现为时
    空的弯曲，或者说翘曲，所以随着引力的不断增强，时空扭曲也就无止境地
    越来越利害。数学家把这种特征称作时空奇点。它代表空间相时间的边界
    （或者说边缘），穿过这个边界，正常的时空概念不再连续。许多物理学家
    相信，黑洞内的这个时空奇点名副其实地代表了空间和时间的终结，与它相
    遇的任何物质将会完全湮没。如果情况确实如此，那么组成宇航员身体的原
    子其至会在 1 纳秒的超级拉面过程中在这个奇点内化为乌有。


    要是黑洞的质量为 1000 万个太阳质量，即与银河系中心可能存在的黑洞质
    量差不多，那么，这位宇航员从事件视界向湮没奇点下落所经历的时间大约
    为 3 分钟。这最后的 3 分钟会是很不舒服的。实际上，早在到达奇点之前，
    拉面过程就已把这个不幸的人杀死了。在这最后阶段，他是无论如何也见不
    到那个即将完全毁灭他的奇点的，因为光不可能从奇点逃逐出来。只有一个
    太阳质量的黑洞其直径大约为 1 公里，对于这样黑洞，从事件视界到奇点
    的旅程只需要几微秒。


    虽然从这位下落宇航员的参考系来看，毁灭前的时间只是一瞬间，但从远处
    来看，黑洞的时间扭曲使得宇航员最后的旅程表现为一种慢动作。当宇航员
    接近事件视界时，在他附近事件发生的过程对遥远的观测者来说似乎变得越
    来越慢。事实上，宇航员似乎必须要经过无限长的时间才能到达事件视界。
    所以，宇航员仅仅在一阵疾驰中便经历了相当于外部宇宙中无穷无尽的时间，
    就这个意义上说，黑洞是通往宇宙尽头的门槛，是一条宇宙死胡同，它代表
    了再也没有通路的最终实体。黑洞是包含了时间尽头的狭小空间区域。谁要
    是对宇宙尽头感到好奇的话，只要跳进一个黑洞就可以得到亲身体验了。


    虽然引力是自然界最微弱的力，但是它在不知不觉中累积起来的作用不仅决
    定了单个天体，而且也决定了整个宇宙的最终命运。压碎恒星的那种残酷无
    情的吸引力，同样作用在尺度要比恒星大得多的整个宇宙上。这种万有引力
    的结局完全取决于产生引力的物质总量。为此，我们必须称出宇宙的重量。







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