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《人類宇宙開拓史》第18章 工作小筆記
  宇宙紀元1193年7月1日19時00分

  奇點號從距離B29317317號黑洞1971光秒的史瓦茲十七號空間站出發,向這個中微型黑洞飛去。

  最早預言黑洞存在的人應該是天文先驅英國牧師約翰·米歇爾,他在寫給卡文迪什的一封信,此信於1783年11月27號被收到,次年發表在《自然科學會報》。後來,經過近二百年後,人類知道了有關更新更多的知識。即,代表白矮星質量上限為1.4倍太陽質量的錢德拉塞卡極限,和代表中子星質量上限為2.5至個太陽質量的奧本海默極限。

  一般來說,初始質量大於3個太陽質量的主序星,應該都有很大概率在演化末期塌縮成為黑洞。

  B29317317號黑洞是一個質量為5.7倍太陽質量的施瓦西黑洞。它沒有角動量,也沒有電荷。雖然以黑洞無毛定理,固定黑洞解完全可以由克爾-紐曼度規的三個參數:質量、角動量和電荷來描述,而人們無法區分擁有相同兩個參數的黑洞。不過,得益於人類目前使用的十五位三進製坐標系,我們可以確定每一個存在於宏觀或微觀狀態下物體,在宇宙中的位置坐標。

  一般來說,黑洞分為三類,即帶有電荷的雷斯勒-諾德斯特洛姆黑洞或轉動的克爾黑洞,以及史瓦西黑洞。

  宇宙紀元1193年7月2日19時30分

  嗯,奇點號已經接近黑洞的吸積盤了!

  奇點號在黑洞引力的拖拽下,速度達到一萬五千千米千米每秒,即百分之五光速。隨後幾天,飛船將在二十台強大暗物質湮滅驅動引擎的反推下,維持該速度。要不然,奇點號的引力時間膨脹效應將超過人類可以修正的極限。

  在這裡,介紹一下泡利不相容原理:在量子力學裡,泡利不相容原理表明,兩個全同的費米子不能處於相同的量子態。泡利不相容原理維持中子星的穩定。假設中子星的質量因吸引獲得更多物質而增加,則中子星的史瓦西半徑會變大。當中子星的史瓦西半徑大於中子星的物理半徑時,則在中子星的表面,逃逸速度大於光速,這意味著事件視界已囊括了整個中子星,中子星已變為黑洞了。

  宇宙紀元1193年7月3日19點07分

  很好很好,奇點號在過去二十四小時中,幾乎很好地保持了百分之五光速。這個成績已經打破了過去五百年中,科學家和工程師先驅們,在探測中子星時所能做到的最好極限。也超越了當時安葬雄鷹大帝時,海燕號逼近白矮星時為了保護自身結構所能釋放的最大反推力。

  一個物體從一個黑洞外部穿過它的事件視界,然後會很快陷入它的中心區域,也就是我們物理學失效的地方。因為在黑洞內,向前的光錐是指向中心,而向後的光錐指向黑洞的外部,我們甚至不能以正常的方式來定義時間反演。一個物體唯一能逃離黑洞的方式是霍金輻射。

  在黑洞的情況下,這種現象意味著物質以相對論適用的速度旋轉,這是唯一能夠以中心的方式平衡奇點的巨大引力,從而保持軌道在事件視界之上的速度。

  宇宙紀元1193年7月3日19點09分

  奇點號到達了B29317317號黑洞的光子球附近,從這裡到視界邊緣就很近很近了。

  光子球是一個零厚度的球面邊界,任何以光子球的切線路徑經過的光子都將被困在圍繞著黑洞的圓形軌道上。

對於非旋轉黑洞,光子球的半徑是史瓦西半徑的1.5倍。  嗯,又是一個平靜而緊張的二十四小時。看得出周圍的同僚們的興奮和擔憂,對於首次發射航天器進入黑洞,每個有點科學常識的人,應該都知道其中蘊涵的前景和風險。

  過去,有關黑洞信息的理論,其中一個類型是信息隨黑洞蒸發逐漸釋出。這個理論的優點是,它從直觀上十分吸引人,因為它性質上類似於經典燃燒過程中的信息恢復。而理論也存在缺點,與經典和半經典重力理論(不允許信息從黑洞內部漏出)有著較大的差異,即便在巨觀黑洞的情形之下。

  宇宙紀元1193年7月4日19點17分

  九個小時前,奇點號上的二十台聚變發動機中,有一台出現了故障停擺。這樣的事故自然是在項目開始準備之時就已經預料到。

  我們指揮飛船上的機器人對這台發動機進行了維修,並對其余十九台進行了一次二級運行維護。整個過程持續了一小時二十九分鍾。本來,如果飛船上如果多帶一倍的機器人,將能更快地完成這次維修。只是,大家都知道,如果飛船的質量過大,會讓它跌落黑洞的過程中,承受更大黑洞帶來的加速度,以至於造成二十台發動機無法克服。

  這八十九分鍾的修復活動,使得奇點號的飛行速度一度迫近光速的百分之六。在啟動了長達十七分鍾的全體發動機加力後,飛船速度又回到了“安全的”百分之五光速。

  宇宙紀元1193年7月5日21時23分

  奇點號進入視界了。因為引力的作用,現在我們與奇點號之間的通信效率降低到了原先的千分之一。

  一百多年前,一位名叫威爾斯的科學家,偶然機會中發明了我們叫做“威爾斯信息流”的通信方式。威爾斯信息流基本原理是,經由普朗克空間,以十億分之一膠子尺寸的擾動峰谷差,用毫倫琴這樣量級的能量,來達到信息在百萬光年范圍內的實施傳播。在這樣的機制下,每個信息源發布者僅需要有一台腦袋大小的微型聚變通信器,在不需要任何中繼裝置,或是任何中間儲存介質的條件下,即可以在超星系團的尺度范圍內廣播信息或是發送一對一、一對多的加密信息。

  以往,由於通信方式依賴於各個星隧兩端的大功率中繼量子通信空間站,雖然以光速傳播的信息無需一點點穿過動輒數十、數百甚至數千數萬光年的星際溝壑,但事實上廣大的宇宙空間,依然讓人類最遠兩端的通信周期達到七個標準月。再者,大功率中繼量子通信空間站由於本身原理上的不穩定性,需要極高的維護成本和人員常駐,在全人類宇宙處於和平發展的年代尚能勉強維持其運作,但到了整體各自為政或衰退的時候,很多偏遠星區,就名副其實的成了信息孤島。

  過去,我們都不知道,這種在普朗克尺度工作的通信機制,能否抵禦住黑洞的強大引力、潮汐力以及霍金輻射。在此之前,我們在B29317317黑洞約十五天文單位周長的視界范圍邊緣,部署了一千九百三十一顆威爾斯信息流通信中繼衛星。看來,這些衛星確實取到了我們想象中的作用。

  在1974年,霍金預言黑洞不是完全黑色的,會以一定溫度的輻射出少量的熱輻射;這種效應被稱為霍金輻射。通過將量子場論應用在靜態黑洞背景,他確定黑洞應該發射出顯示完美黑體光譜粒子。自從霍金發表以來,許多人已經通過各種方法驗證了結果。

  如果霍金的理論是正確的,那麽黑洞會因為光子和其它粒子的發射而損失質量,則會隨著時間的流逝而收縮和蒸發。此熱譜的溫度(霍金溫度)與黑洞的表面重力成正比;對於類似這次奇點號進入的史瓦西黑洞,該溫度與質量成反比。因此,大黑洞發出的輻射反而比小黑洞少。

  如果黑洞通過霍金輻射蒸發,一旦宇宙微波背景的溫度降到該黑洞的溫度之下,太陽質量的黑洞將在10年內蒸發。質量為太陽1000億倍的超大質量黑洞將在大約兩千億年蒸發掉。當超星系團崩潰時,在宇宙間的一些怪獸級黑洞會繼續成長到萬億倍太陽質量。但即使這樣的黑洞也會在長達萬億年的尺度中蒸發掉

  人類第一次能接受到黑洞視界內的信息了!

  宇宙紀元1193年7月6日11時39分

  哈哈,如果我們現在都要有點相信《西遊記》裡太上老君的煉丹爐就是個黑洞了。 那個可以隨意重組原子結構,得到新物質的高級法器,如果不是個微型黑洞,似乎除了用形而上的方法,無法解釋是如何做到這樣結果的。

  鐵雨,簡並態、粒子態,以及我們尚在分析數據的其他狀態的物質流,就像暴雨一樣的轟擊著我們的寶貝奇點號。比我們預計的三十分鍾,奇點號真是我們人類科學和工程的奇跡。它居然在這樣惡劣的淒風瀝雨中堅持了十三個小時!

  這十三個小時,可能是我們人類物理學史上最重要的十三個小時觀測時間。可以預計的是,這十三個小時中我們得到的海量觀測數據,將對未來的基礎科學帶來不可估量的作用。這些數據,是我們在任何的人造高能對撞機裡無法獲取,也無法用任何超級計算機模擬的。

  也許,距離人類知曉宇宙最終的秘密,我們真的又跨進了一大步。

  奇點號在堅持了這寶貴的十三個小時之後,被黑洞巨大的引力“面條化”了。

  面條化,亦稱意大利面化或意大利面效應是指一個物體在接近黑洞或者一個大質量天體時所發生的現象。史蒂芬·霍金曾描述任何物體在進入黑洞的史瓦西半徑後,便會因黑洞的引力影響而變得如意大利面般細長。面條化也可能發生於一個恆星,當一個物體在進入恆星之洛希極限後便開始產生強烈的潮汐力扭曲,最終面條化。

  注:本文中大多數物理知識均來自維基百科()相關條目。如需閱讀原版相關文章,請登陸維基百科網站閱覽。
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