大家好，金秋时节，你球的《黑洞专刊》已席卷全国各大城市书店、报刊亭，当然微店、淘宝也是少不了的。后台也已经拿到样刊噜。黑洞专刊分为四个章节，分别名为「探索」、「理论」、「猜想」和「经典」，均是来自《科学美国人》的精品文章。重点推荐的是最后的「经典」章节，收录了黑洞领域权威学者霍金、彭罗斯、萨斯坎德、基普·索恩亲自为《科学美国人》写的文章，独家首次中文出版。
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《环球科学》年度巨献《黑洞专刊》目录探索「EXPLORATION」黑洞判定标准撰文 琼 - 皮尔斯·拉索塔(Jean-Pierce Lasota)黑洞与中子星的区分是黑洞研究的一个中心问题,因为中子星与黑洞的部分性质一致。上世纪末,天文学家终于找到了区分中子星与黑洞的方法。中子星具有坚硬的固体表面,因此落在中子星上的物质可以在表面堆积;而落入黑洞的物质则会被吞没,永远消失。
因此,两者周围区域发出的辐射存在细微差异,天文学家可以据此推测黑洞是否存在。靠近黑洞，验证广义相对论撰文 迪米特里奥斯·普萨尔蒂斯(Dimitrios Psaltis ) 谢泼德·S·德勒曼(Sheperd S. Doeleman)虽然自诞生以来,广义相对论经受住了各种实验和观测的考验,但它还从未在引力极强的环境下得到验证。不过, 宇宙已经为我们准备好了天然的强引力实验场——黑洞。
天文学家正在构建遍及全球的射电望远镜网络,从而弄清楚在银河系中心黑洞的视界上,物理规律是否依然符合广义相对论。
寻找种子黑洞撰文 詹妮·E· 格林(Jenny E. Greene) 宇宙诞生之初,就出现了质量与 100 万个太阳相当的超级黑洞,这让科学家困惑不已 :这些黑洞从何而来?为何能在短时间内成长起来?寻找答案的过程中,科学家发现, 一些“种子黑洞”——质量小于 100 万个太阳的中型黑洞, 或许守护着超级黑洞及星系形成的奥秘。
捕捉黑洞影像撰文 埃弗里·E·布罗德里克(Avery E. Broderick) 亚伯拉罕·洛布(Abraham Loeb)尽管天文学家已经在宇宙中发现了很多疑似黑洞的超致密 天体,但至今未能直接观测到黑洞标志性的特征——事件视界。要从地球上看清非常遥远又极其“瘦小”的黑洞, 天文学家必须使用口径像地球一样大的毫米波望远镜。好在这样的望远镜阵很快就将建成,让我们能够看清黑洞真正的样貌。
黑洞喷流撼动星系团撰文 华莱士·塔克(Wallace Tucker) 哈维·塔南鲍姆(Harvey Tananbaum) 安德鲁·费边(Andrew Fabian)在星系团中,高速旋转的黑洞在大快朵颐的同时,会将一部分“食物”高速抛射出去,形成笔直穿行数十万光年的喷流,加热广袤宇宙空间中的气体,进而影响整个星系团的演化历程。
理论「THEORY」地球上存在黑洞?撰文 伯纳德·J·卡尔(Bernard J. Carr) 史蒂文·B·吉丁斯(Steven B. Giddings)黑洞不仅可以是宇宙中吞噬万物的怪兽,也可以比基本粒 子还小。在地球的大气层中,宇宙射线轰击大气层的过程就有可能形成黑洞。物理学家正在进行一项激动人心的尝试——通过大型强子对撞机中的高能撞击,在地球上制造黑洞。
黑洞中心没有奇点 ? 撰文 张双南科学家最近提出的一个观点认为,从外部观测者来看,落向黑洞的物质永远不会到达黑洞中心,也就是说,这里根本没有物质,奇点是不存在的。
黑星 :夭折的黑洞撰文 卡洛斯·巴尔塞洛(Carlos Barcelo) 斯特凡诺·利贝拉蒂(Stefano Liberati) 塞巴斯蒂亚诺·索内戈(Sebastiano Sonego) 马特·维瑟(Matt Visser) 在黑洞即将形成的极端条件下,一种量子效应会增强,这种效应或许有能力抗衡引力,让黑洞无法形成黑洞,而是形成黑星。
地球因黑洞而存在撰文 凯莱布·沙夫(Caleb Scharf)位于星系中心的黑洞,不仅会吞噬周围的物质,还会辐射出能量,黑洞的食性对整个星系有着重大的影响。黑洞也与生命的存在有复杂的关系,如果在银河系的中央,没有 那些巨大黑洞的存在,或许地球都不存在。黑洞点亮宇宙撰文 迈克尔·D·勒莫尼克(Michael D. Lemonick)大爆炸后 40 万年,宇宙陷入黑暗之中。
即便第一代恒星开始形成、燃烧,依然毫无变化,因为这时的宇宙弥漫着氢原子气体,而恒星光谱中最明亮的紫外光会被氢原子气 体吸收殆尽。宇宙要重返光明,必须驱散氢原子气体,而 要驱散这些气体,首先得让它们电离——但这需要巨大的 能量,这些能量也许就来自黑洞。
黑洞火墙 :量子力学与相对论的冲突现场撰文 约瑟夫·波尔金斯基(Joseph Polchinski) 弦论的发展帮助物理学家解决了落入黑洞的信息能否逃出 的问题,但又让他们陷入了两难的境地。要让黑洞满足量子力学的要求,它的视界上就会出现一堵高能粒子组成的火墙,而这又与广义相对论相矛盾。对这个难题的探索或许能引领我们找到统一物理学两大支柱理论的正确道路。
猜想「HYPOTHESIS」黑洞是一部计算机撰文 塞思·劳埃德(Seth Lloyd) 吴哲义(Y. Jack Ng)黑洞是一部被压缩到极致的、高速运行的计算机,可以通过霍金辐射向外输出能量。
那么,黑洞输出的究竟是一团乱码还是有意义的结果?制造声波黑洞撰文 西奥多·A·雅各布森(Theodore A. Jacobson) 雷诺·帕伦塔尼(Renaud Parentani)声音在移动的流体中传播,与光在弯曲的时空中传播非常相似,因此 有科学家试图利用这个现象,在高精度的环境中制造出“声波黑洞”。
裸奇点 :恒星的另一种宿命?撰文 潘凯·S·乔希(Pankaj S. Joshi)大质量恒星死亡时,物质就会被压缩成一点,形成黑洞,但也有可能 形成一个裸露的奇点。黑洞与离心力悖论撰文 马雷克·阿图尔·阿布拉莫维奇(Marek Artur Abramowicz)在紧挨黑洞的区域,空间被强引力场扭曲,在这里,宇航员会感到离 心力是向内的,而不是向外的。
从黑洞提取能量撰文 亚当·布朗(Adam Brown)当所有恒星都熄灭之时,会发出霍金辐射的黑洞反而会成为唯一的能源。
经典「CLASSIC」彭罗斯 :黑洞必然存在撰文 罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)大质量天体坍缩时一定会成为黑洞吗?如果它本身形状很不规则,下落的各个部分会不会擦肩而过继续飞散出去?霍金辐射 :逃出黑洞的粒子撰文 斯蒂芬·霍金(S. W. Hawking)霍金认为,黑洞在吞掉一颗粒子的同时,会通过隧道效应向外辐射另 一颗粒子。
如果时间足够漫长,黑洞可能会因为向外辐射粒子而消失不见⋯⋯萨斯坎德 :落入黑洞的信息去哪儿了撰文 伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)如果物质掉进黑洞,它所携带的信息是消失了,还是返回宇宙中?弦论认为,信息并未进入黑洞,而是以弦的形式储存在黑洞视界上。