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第一章黑洞（第4页）

美国东部时间2o19年4月1o日9时（北京时间1o日21时），全球多地天文学家同步公布了黑洞“真容”

。该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系m87的中心，距离地球55oo万光年，质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环。爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。

一个由美国、英国、意大利和奥地利科学家组成的国际研究团队，根据先前的研究和通过级计算机的模拟，现黑洞、引力波和暗物质均具有分形几何特征。有专家认为，这一重大现将导致对天文学甚至物理学诸多不同领域的深刻认识。

黑洞是宇宙空间内存在的一种密度无限大、体积无限小的天体，所有的物理定理遇到黑洞都会失效；它是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”

后，生引力坍缩产生的。当黑洞“打嗝”

时，就意味着有某个天体被黑洞“吞噬”

，黑洞依靠吞噬落入其中物质“成长”

；当黑洞“进食”

大量物质时，就会有高等离子喷流从黑洞边缘逃逸而出。科学家利用流体动力学和引力相关理论并通过级计算机进行模拟后得出结论——“进食”

正在成长过程中的黑洞，将会使其形成分形表面。

“黑洞”

一词命名者、美国著名物理学家约翰·惠勒教授曾经说过：今后谁不熟悉分形几何，谁就不能被称为科学上的文化人。中国著名学者周海中教授曾经指出：分形几何不仅展示了数学之美，也揭示了世界的本质，从而改变了人们理解自然奥秘的方式；可以说分形几何是真正描述大自然的几何学，对它的研究也极大地拓展了人类的认知疆域。可见，分形几何有着极其重要的科学地位。

黑洞是宇宙中最神秘的自然现象。它为什么具有分形几何特征，其原因现在还是一个谜。

几十年来宇宙学家一直对黑洞会摧毁制造它的资料的问题所困扰。黑洞是由它的质量、能量、旋转所定位。

假如是这样那就无法知道最先是什么让它产生的。另一方面量子力学说资料永远会被保存，而且你可以用那些资料重建它的过去。

史蒂芬·霍金让这问题加大，当他说黑洞会漏辐射。黑洞会漏辐射到摧毁自己，然后唯一可以知道它是由什么产生的只有在那些辐射的资料里面可以找到。

在2oo4年霍金说他错了，而是否黑洞会储存资料的辩论就从此没有停止过。布法罗大学的博士生anshu1saini说黑洞释放出的辐射（也称作霍金辐射）并不像霍金想的那么随意。

siani说要了解跑进洞里的资料，你不只需要看霍金辐射释放出的粒子，你还需要看它们如何互应。这包括引力与粒子传送光给对方的方式。他说“这些关联一开始很小，但会随着时间成长。”

saini的监督者dejanstojkovic博士说“这些关联在计算中时常被忽略因为它们很小被认为不会有很大的影响。我们的计算显示这些关联一开始很小，但随着时间它会成长大到可以影响结果。”

许多物理学家们都做出了结论说黑洞里的资料一定会留下，所以可以让我们回顾那些资料，但他们理论的基础是用资料保存的广义论。

霍金自己跟其他人想要展示一个观察者如何可以得到那些资料的方法并没有很大的说服力。

实际上要了解制造一个黑洞的成分几乎是不可能的任务。任何观察者都会需要收集照射到不同方向的粒子。

还需要收集让这互动成型的介质像是光子和引力子。不过对于宇宙学家这可能性是小事，真正重要的是守恒律有被保存。

黑洞的存在部分地证实了它的预言。在宇宙中存在几百万个黑洞，它的存在总是需要起到一些作用的。如果要想彻底揭开黑洞之谜，还需时间，这也意味着给予有关人类终极命运的思索一个明确的答案。

德国马克斯普朗克核物理研究所和赫尔姆霍茨柏林中心的研究人员使用柏林同步加器（Bessy2）在实验室成功产生了黑洞周边的等离子体。通过该研究，之前只能在太空由人造卫星执行的天文物理实验，也可以在地面进行，诸多天文物理学难题有望得到解决。黑洞的重力很大，会吸附一切物质。进入黑洞后，任何东西都不可能从黑洞的边界之内逃逸出来。随着被吸入的物体的温度不断升高，会产生核与电子分离的高温等离子体。

黑洞吸附物质会产生x射线，x射线反过来又会刺激其中的大量化学元素射出具有独特线条（颜色）的x射线。分析这些线条可以帮助科学家了解更多有关黑洞附近等离子体的密度、度和组成成分等信息。

在这个过程中，铁起了非常关键的作用。尽管铁在宇宙中的储量并不如更轻的氢和氦丰富，但是，它能够更好地吸收和重新射出x射线，射出的光子因此也比其他更轻的原子射出的光子具有更高的能量、更短的波长（使得其具有不同的颜色）。

铁射出的x射线在穿过黑洞周围的介质时也会被吸收。在这个所谓的光离化过程中，铁原子通常会经历几次电离，其包含的26个电子中有过一半会被去除，最终产生带电离子，带电离子聚集成为等离子体，研究人员可以在实验室中重现了这个过程。

实验的核心是马克斯普朗克核物理研究所设计的电子束离子阱。在这个离子阱中，铁原子经由一束强烈的电子束加热，从而被离子化14次。实验过程如下：一团铁离子（仅仅几厘米长并且像头丝一样薄）在磁场和电场的作用下被悬停在一个高真空内，同步加器射出的x射线的光子能量被一台精确性高的“单色仪”

挑选出来，作为一束很薄但却集中的光束施加到铁离子上。

实验室测量到的光谱线与钱德拉x射线天文台和牛顿x射线多镜望远镜所观测的结果相匹配。也就是说，研究人员在地面实验室人为制造出了太空中的黑洞等离子体。

这种新奇的方法将带电离子的离子阱和同步加器辐射源结合在一起，让人们可以更好地了解黑洞周围的等离子体或者活跃的星系核。研究人员希望，将eBIT分光检查镜和更清晰的第三代（2oo9年开始在德国汉堡运行的同步辐射源peTRa3）、第四代（x射线自由电子激光xFeL）x射线源结合，将能够给该研究领域带来更多新鲜活力。

2oo5年3月，美国布朗大学物理教授‘霍拉蒂·纳斯塔西’在地球上制造出了第一个“人造黑洞“。美国纽约布鲁克海文实验室1998年建造了2o世纪全球最大的粒子加器，将金离子以接近光对撞而制造出高密度物质。虽然这个黑洞体积很小，却具备真正黑洞的许多特点。纽约布鲁克海文国家实验室里的相对重离子碰撞机，可以以接近光的度把大型原子的核子（如金原子核子）相互碰撞，产生相当于太阳表面温度3亿倍的热能。纳斯塔西在纽约布鲁克海文国家实验室里利用原子撞击原理制造出来的灼热火球，具备天体黑洞的显著特性。比如：火球可以将周围1o倍于自身质量的粒子吸收，这比所有量子物理学所推测的火球可吸收的粒子数目还要多。

人造黑洞的设想最初由加拿大“不列颠哥伦比亚大学”

的威廉·昂鲁教授在2o世纪8o年代提出，他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的度过声，那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞。然而，利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足够的引力，除了光线外，它们无法像真正的黑洞那样“吞下周围的所有东西”