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8. 黑洞理论

 

8.1 黑洞的形成过程

 

黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

 

我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。

 

质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。

 

此时由于强大引力作用,物质将不可阻挡地向着中心点以接近光速冲去,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞诞生了。

 

此时黑洞成为了看不见的天体,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

 

如何发现黑洞?为确定黑洞天体存在的证据,天文学家通过研究发现,在黑洞周围的物质行为具有其特征:在黑洞周围的宇宙空间中,气体物质具有超高的温度,并且在被黑洞强大引力场吸引剧烈加速后,这些物质在彻底消失之前均会被提升到接近光速。而当气体物质被黑洞彻底吞噬,整个过程都会释放出大量的X-射线。通常正是这些逃逸出来的X-射线,显示出此处确实有黑洞存在的迹象。这便是以往人们发现黑洞的最直接证据。

美国斯坦福大学的天文学研究小组在遥远的宇宙中发现了到目前为止堪称最庞大、最古老的黑洞。这个宇宙巨人位于遥远的星系中央,它在大爆炸后十亿年内就形成了。其质量是太阳质量的100多亿倍,这意味着这个被称为Q0906+6930的黑洞能够在自己的引力场中吸纳上千个太阳系,其质量也相当于银河系内所有恒星的质量之和。

 

这个巨型黑洞位于大熊座星系中央,与地球的距离约为127亿光年。据来自斯坦福大学的罗格·鲁曼尼表示,科学家们初步确定这个黑洞的年龄约为127亿岁,也就是说,它在大爆炸之后10亿年内就已经形成了。

 

然而,令天文学家们疑惑不解的是,这个巨型黑洞是如何在如此短暂的时间内聚集如此巨大的质量的。据罗格·鲁曼尼教授解释称,为了揭开这个庞然大物的质量之谜,天文学家们使尽了全身的解数——包括测量微粒的运动速度和多普勒效应强度(译者注:离我们远去的天体发出的光波长变长,谱线向红端移动,这种现象叫多普勒效应。

 

众所周知,黑洞是看不见的,因此科学家们只能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力作用来判定它的存在。一般来讲,天文学家们将黑洞分为两类:星状黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相当于几个太阳的恒星坍缩形成,而超大质量星状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。罗格·鲁曼尼认为,研究这类奇异的天体有助于更好地研究宇宙的构成。

 

8.3 霍金及其黑洞理论

 

8.3.1霍金简介

 

斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking),本世纪享有国际盛誉的伟人之一。现年60岁,出生于伽利略逝世周年纪念日;剑桥大学应用数学及理论物理学系教授,当代最重要的广义相对论和宇宙论家。在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一。

 

他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高的教授职务,那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡逊数学教授。他拥有几个荣誉学位,是皇家学会会员。他因患卢伽雷氏症(肌萎缩性侧索硬化症),禁锢在一张轮椅上达20年之久,他却身残志不残,使之化为优势,克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。他不能写,甚至口齿不清,但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的几何之舞。尽管他那么无助地坐在轮椅上,他的思想却出色地遨游到广袤的时空,解开了宇宙之谜。

 

霍金教授也是现代科普小说家,霍金坚信关于宇宙的起源和生命的基本理念可以不用数学来表达,世人应当可以通过电影——这一视听媒介来了解他那深奥莫测的学说。

 

8.3.2 霍金的黑洞理论

 

8.3.2.1 黑洞悖论

 

1976年,霍金称自己通过计算得出结论,认为黑洞在形成过程中,其质量减少的同时还不断在以能量的形式向外界发出辐射。这就是著名的霍金辐射理论。但是,理论中提到的黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息,一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后,其中所有信息就都随之消失了。这便是所谓的黑洞悖论

 

这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。近30年来,霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示,黑洞中量子运动是一种特殊情况,由于黑洞中的引力非常强烈,量子力学在此时已经不再适用了。但是霍金的这种说法并没有得到科学界众多持怀疑态度学者的信服。

 

8.3.2.2 自认黑洞悖论错误

 

霍金经过29年研究和思考后,发现自己当初有关黑洞的认识是错误的。2006年7月21日,在爱尔兰都柏林举行的第17届国际广义相对论和万有引力大会上,英国传奇科学家斯蒂芬·霍金教授正式发表了一篇论文,宣布他对宇宙黑洞的最新研究结果:黑洞并非如他和其它大多数物理学家以前认为的那样,对其周遭的一切完全吞食,事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息实际上可能会在某个时候释放出来。

 

宇宙学家相信,太空中有许多类型的黑洞,从质量相当于一座山的小黑洞,到位于星系中央的超级黑洞,不一而足。科学家过去认为,从巨大的星体到星际尘埃等,一旦掉进去,就再不能逃出,就连光也不能幸免于难。而霍金教授关于黑洞的最新研究有可能打破这一结论。经过长时间的研究,他发现,一些被黑洞吞没的物质随着时间的推移,慢慢地从黑洞中流淌出来。

 

霍金关于黑洞的这一新理论解决了关于黑洞信息的一个似是而非的观点,他的剑桥大学的同行都为此兴奋不已。过去,黑洞一直被认为是一种纯粹的破坏力量,而现在的最新研究表明,黑洞在星系形成过程中可能扮演了重要角色。

 

如今,霍金终于给了这个当年自相矛盾观点一个更具有说服力的答案。霍金称,黑洞从来都不会完全关闭自身,他们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量,随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。

 

尽管这一重大研究成果还没有公开以论文的形式发表,但已经在学术界引起了轩然大波。霍金在剑桥大学的同事、著名的物理理论学家马尔科姆·佩里博士表示:霍金在这次研讨会上提出的观点也许是一种可行的解决方案。但具体能否得到最终认可,还需要由大家说了算。但他认为,霍金最新的研究成果将可以和30年前发表的霍金辐射相媲美。

美国宇航局公布的钱德拉X射线太空望远镜拍摄的黑洞攻击星系实景照片。黑洞喷射强大的射流,冲击附近的一个较小星系。

 

8.4 黑洞的发展

 

被运进的物体越来越多,这个星球的体积越来越大,黑洞空间(洞缝)也越来越小,直到洞满的时候,还有外围空间的物体向它运动,这时的碰撞便不是无声无息,由于没有足够的空间稳定物子,便会慢慢光芒四射。随着碰撞的能量四射,渐渐的和周围的能量相稳定,也就渐渐的再没有其它的物体向它运动而发生碰撞,这个新的质球就慢慢稳定的诞生成功了。它也渐渐没有了碰撞的光芒。而和星空宇宙融为一体,成为一个新的冷冷的星。

 

这种星球的前途如何发展呢?当越来越多的物体运动到它身上,它的表面也就渐渐平凡起来,也会热焰腾腾,岩浆横流。到处就像开天劈地,像地球刚诞生一样,发生着各种各样的表面运动,也会有各种化学反应,甚至水、各种气体都会产生,甚至会产生像地球样的生命。更或许黑洞成星体就是一切另一类星体的骨架,因为只有它的核心是最稳定的,才可以成为一个稳定星球的载体,也有可能地球的核也是如此,这也可能是磁力线产生的最主要条件和原因。

 

可能其它任何方式形成的星体都不稳定,只有经过一次黑洞演变之后,才会稳定,才会有一切的可能,也才有其它的可能。

 

8.5 宇宙的成住坏空

 

黄念祖老居士认为:黑洞乃须弥山。而佛教里说,佛的国土(即大千世界)在数量上无有穷尽,而每一佛土都有其成劫、住劫、坏劫、空劫四个阶段,这里的劫是一个时间的量度。劫有小劫、中劫和大劫之分,成、住、坏、空四劫是属于中劫,这四个中劫合在一起构成一个大劫,一大劫的时间大约是13亿年。

 

一切世界经过生成毁灭这几个阶段,最后进入到空劫的阶段。如华严五祖宗密大师《华严原人论》云:住者,住劫亦经二十增减。坏者,坏劫亦二十增减,前十九增减坏有情,后一增减坏器界。能坏者,是火水风等三灾。空者,空劫亦二十增减,中空无世界,及诸有情也。

 

《华严经·第三十七如来出现品》云:譬如风灾坏世界时,有大风起,名曰散坏,能坏三千大千世界铁围山等,皆成碎末。复有大风,名为能障,周匝三千大千世界,障散坏风,不令得至余方世界。佛子,若令无此能障大风,十方世界无不坏尽。

 

大风是引力,将物质都吸入,压成碎末。幸好有反作用力(斥力),使黑洞处于一种相对稳定状态。

 

所以,黑洞是世界坏空的结果,也是世界形成的前期准备。每个世界成住坏空的周期不一样,不一定只是一劫,可能是多劫。如《华严经·第五华藏世界品》中,普贤菩萨云:有刹住一劫,或住于十劫,乃至过百千,国土微尘数。

 

这些已经坏空的世界在宇宙中很多。近日根据美国宇航局NASA的斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)的最新观察结果,天文学家成功穿透了遮蔽类星体黑洞的外围宇宙尘埃云层,捕捉到了其中一直暗藏不露的内部黑洞体。由于斯皮策太空望远镜能够有效收集能穿透宇宙尘埃层的红外光线,使得研究人员顺利地在一个非常狭窄的宇宙空间区域内,同时发现了数量多达21个早已存在却又"隐藏不露"的类星体黑洞群。

 

来自美国加州理工大学斯皮策科学中心的研究小组成员马克·雷斯在接受媒体访问时也说:如果抛开此次发现的21个宇宙类星体黑洞,放眼宇宙中的其它任何区域,我们完全可以大胆预测,必将有数量众多隐藏着的黑洞将会被陆续发现。

 

8.6 黑洞现象的启示

 

实际上,世界没有成住坏空,人也没有生老病死,只有隐显不同。为什么说没有成住坏空,只有隐显不同呢?

 

如《华严经·第二十八十通品》云:色存则空隐。色亡则空显。对此,清凉大师在他的《疏钞》里有几句注解:论存亡隐显者。色即是空,则色亡空显;空即是色,则空隐色存;然皆即亡即存,即隐即显。黑洞是空,而里面有色。色亡空显,亡存不二。隐显不二。

 

《华严经·第二十九十忍品》云:菩萨了世法,一切皆如梦,非处非无处,体性恒寂灭。诸法无分别,如梦不异心,三世诸世间,一切悉如是。梦体无生灭,亦无有方所,三界悉如是,见者心解脱。梦不在世间,不在非世间,此二不分别,得入于忍地。菩萨摩诃萨十种忍第六如梦忍,梦体即是自性,而自性也是不可得。

 

《华严经·第十四须弥顶上偈赞品》云:观察于诸法,自性无所有,如其生灭相,但是假名说。一切法无生,一切法无灭,若能如是解,诸佛常现前。

 

这两首偈颂是讲观,也就是教我们对整个宇宙人生万法的看法。这个看法是佛知佛见,跟我们的看法不一样。我们的看法、想法颠倒了、错误了,没有看到事实的真相,事实真相是这两首偈所说的。那么,真相是什么?自性无所有。自性这个名词是假立的,如老子所说:名可名,非常名;道可道,非常道。要知道一切诸法本没有名字,名字是人给它取的,所以名字都是假名。可是假名它有作用,便利于在日常生活中交换讯息、交换意见。但要晓得这是假名,不是真实。

 

真实没有名。不但没有名,还没有相;不但没有相,还没有性,也就是没有体性。为什么说没有?所谓没有就是我们觉察不到。自性就是法性,是我们自己的法性,所以称之为自性。自性是一切万法共同的,是佛的自性,是释迦牟尼的自性、是菩萨的自性、是你的自性、是他的自性,也是我的自性。自性是一个,这很难懂!为什么自性是一个?世尊在《楞严经》中举了个很好的比喻,他把自性比喻作大海,把一切十法界众生,即佛、菩萨、声闻、缘觉、天、人、修罗、畜生、饿鬼和地狱,都比喻做大海里面的水泡,水泡有大有小,就好比十法界众生。水泡统统是依大海而起的,离了大海哪有水泡?这个比喻我们比较容易懂,大海确实里面起无量无边的水泡。

 

大海是永恒的,比喻不生不灭、不来不去、不一不异、不常不断;可是水泡有生灭、有来去、有断常、有一异,因为这是现相,而现相有生当然就有灭;可是性没有生灭,因为没有生就没有灭,像大海一样;大海没有生灭,大海的水泡有生灭。水泡就是大海,大海就是水泡,这个认知就叫佛知佛见,这才是事实真相。凡夫没有这个认知,认为大海不是水泡,水泡不是大海,把个个水泡都独立看待,不知道它们是一体。这种认识叫什么?叫凡夫颠倒妄想,这是凡夫的错觉、这是凡夫的迷惑。

 

真正觉悟的人了解事实真相——水泡有生灭,大海无生无灭。诸佛知道水泡也是大海,所以尊重每一个水泡,就如礼敬诸佛。

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2002年12月第一版|无了居士}2014年5月第四版

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