第3章 宇宙里的陷阱——吞噬一切的黑洞(2)

宇宙大碰撞——大爆炸之后到底发生了什么？

广义相对论告诉我们，宇宙大爆炸意味着宇宙的起源和时间的开始。宇宙大爆炸理论认为，在150亿年前，宇宙还只是一个奇点，这个时候宇宙的体积是零，所以无限热。

1932年的时候，乔治·勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论。这个理论认为，整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来随着温度的升高而发生了大爆炸。大爆炸的碎片向四面八方散去，最终形成今天的宇宙。但是，宇宙大爆炸只是一种被大多数人认可的理论而已。

粒子的运动速度与温度有着十分密切的关系。在高温状态下，粒子的运动速度非常快，甚至能打破核力或电磁力把它们吸引在一起的作用。在高温状态下，粒子的高速运转会使粒子之间发生碰撞，碰撞的结果就是产生了许多不同的粒子或是反粒子对。在这种高速的碰撞中，一些粒子会碰撞到反粒子，这会导致粒子的湮灭。不过也不用担心，因为粒子的产生远远高于湮灭的速度。

在大爆炸发生的一秒钟后，宇宙的温度降低到100亿摄氏度，是太阳中心温度的1000倍左右。这时的宇宙中主要有光子、电子和中微子（也就是粒子）。这个时候，粒子的运动应该非常迅速，但只是一些极轻的粒子和反粒子。

与此同时，宇宙也在不断地膨胀。随着宇宙的膨胀，宇宙内的辐射温度会渐渐降低。在低温度状态中，粒子的运动速度会大大降低，粒子所具有的能量也在降低。也就是说，粒子的产生速度在降低，其湮灭的速度会高于产生的速度。电子与粒子一样，在这种低温度的碰撞中，产生率远远低于湮灭率。

在这种膨胀与降温中，大多数的电子和反电子都相互湮灭了，而光子的数量却在不断增加。由于中微子——也就是轻粒子——它的能量很低，就是说它们所产生的作用非常轻微，所以不会像电子湮灭得那么惨烈。例如，如今的宇宙中还存在着远古时期的轻粒子。

在宇宙大爆炸发生了大约100秒之后，温度降得更低，大约降低到10亿摄氏度左右，相当于最热的恒星内部的温度。由于温度低，所以质子和中子的运动速度大大降低，其本身所具有的能量也在降低，直接导致重氢原子核的出现。此外，还有很多元素也在诞生，这些元素就是以后组成万物的框架。

当宇宙大爆炸发生了几个小时后，重氢和其他元素停止产生。这个时候的宇宙已经不再进行创造了，在之后的几百亿年中，宇宙只是在不断地膨胀和降温。

当宇宙的温度降低到几千摄氏度之后，电子和核子的运动速度和能量已经降低了很多。这时，它们已经没有能力对抗电磁吸引力，这直接导致了原子的出现。按照宇宙大爆炸的理论，宇宙就是一个不断膨胀和降温的过程。但是，宇宙如此之大，大到让人们误以为其无限的程度。所以，宇宙中膨胀和降温的速度并不相同。在有些区域，膨胀会由于额外的引力而放缓。在一些区域，甚至会结束膨胀。也就是说，这些区域中已经没有了光与热。因此，这个时候便出现了坍塌。

这种坍塌会使其内部的原子发生碰撞，这种碰撞会产生能量与热量。随着内部温度的上升，最后会发生热巨变反应，从而使更多的氢转变成氦，并停止坍塌，使宇宙长时间处于一种稳定的状态。例如太阳，其本身需要把氢燃烧成氦，并散发出光与热量。

宇宙中的所有恒星基本上都会经历上述过程。当恒星在短时间内把所有的氢都消耗完毕后，会稍微收缩，然后把氦转变成碳和氧等元素，为生命的出现提供了可能性。有人认为，在宇宙大爆炸发生后会出现一些早期恒星。这些恒星会经历上述过程，从而产生碳和氧这样形成生命的重要元素。

天文学家认为，给予我们地球人光与热的太阳，并不是宇宙大爆炸后所形成的第一代恒星，而是第二代或是第三代恒星。当恒星耗尽自身所有的光与热量之后，自然会形成碳和氧这样重要的元素，但同时也意味着生命的结束。在恒星生命即将结束时，会把新形成的元素抛向宇宙。这为后来新的恒星的诞生奠定了基础。

黑洞的前身——恒星

德国哲学家、天文学家伊曼努尔·康德曾经说过：“世界上有两件东西最能够深深地震撼人们的心灵。一件是我们心中崇高的道德准则；另一件是我们头顶上灿烂的星空。”如果你居住的地区没有雾霾且天气晴朗，到了漆黑的晚上，只要你抬头仰望，就一定能够看到繁星点点，那就是茫茫宇宙。

在地球人的心中，太阳是一个很大且明亮的天体，而事实上，太阳只是茫茫宇宙中一颗十分普通的恒星罢了，不论是从亮度、大小还是物质密度上，太阳都只是恒星中的中等水平。地球人之所以会产生这种错觉，完全是因为地球距离太阳太近。

我们人类所生存的星球是一颗行星，由于引力的作用，地球需要围绕着太阳转动，地球沿着轨道绕太阳一圈所需要的时间就是我们所说的一年，被称为公转。

科学家根据放射衰变方法进行测定，得出了这样的结论：地球上最古老的岩石的年龄大约在40亿年；月球上最古老的岩石的年龄大约在45亿年。由于太阳表面的温度高达5500摄氏度，中心温度高达2000万摄氏度，所以到目前为止，人类还无法亲自登上太阳这颗星球，也就无法得到太阳上的岩石。不过根据科学家上述的结论，我们可以得知太阳的年龄应该在46亿年左右。

中国号称文明古国，但也只有区区五千年的历史。因此，在人类的眼中，太阳似乎是一颗永远不会消失的星球。实际上，恒星和人类的生命一样，也会经历诞生、成长、衰老和死亡这几个必经阶段。

如今我们所看到的太阳正处于最稳定的成长期，这个时候，太阳的大部分氢正在慢慢地燃烧并转化为氦。但是，太阳会一直不断地继续发展成长，具体表现就是，太阳的亮度会逐渐增强以及太阳表面的温度会不断升高。身为地球人的我们，也会感觉到地球温度的不断升高。

恒星内部每一刻都在进行着热核聚变，这是一个把每四个氢原子核结合成一个氦原子核的过程，同时也是一个不断释放巨大的光和热能的过程。恒星所发生的核聚变主要集中在中心的核心部分。因此，在释放能量过程中所产生的辐射压会与恒星自身收缩的引力相互平衡。

但是这种平衡会被时间所打破。随着时间的推移，恒星内部的氢会不断减少，而氦核却在不断地增加，这样一来会直接导致辐射压的减小。本来辐射压会与恒星自身的收缩引力维持平衡的状态，但是辐射压的减小会打破这种平衡的状态，直接导致引力大于辐射压的结果，于是恒星自身的收缩引力会越来越大。

最终，恒星会在自身收缩的引力作用下，渐渐收缩。这种收缩会使恒星的密度、压强与温度不断提升。这样一来，恒星内部的内核会不断地收缩，温度不断提升；而恒星的外壳与内核正好相反，会不断地进行膨胀，温度不断地变低。

在这样的演变过程中，恒星会变成一颗红巨星，红巨星又会演变成一颗白矮星。所谓白矮星，就是一颗光度低、密度高、温度高的星球。

作为一颗恒星的太阳也会经历上述过程，当热核聚变进行了一段时间之后，太阳内部的氢原子核会逐渐减少，这就意味着太阳在逐渐衰老。科学家预测，在大约65亿年之后，太阳的亮度会是现在的2.2倍，热度也会大幅度增加。地球自然会深受影响，最严重的一个影响就是到时候地球表面已经不再适合人类以及大部分生物居住，因为地球的表面温度会高达60摄氏度。

单单是这样的温度人类就无法生存。如果地球是幸运的，没有被炽热的太阳膨胀物所吞噬。那么，人类也不能掉以轻心，因为太阳很可能会成为一个黑洞。前面提到过，恒星的辐射压与收缩引力的平衡被打破后，引力会变得越来越强。不过人类也不用太担心，因为太阳在宇宙中属于中等水平的恒星，太阳的质量并不是很大，还没有大到必然形成一个黑洞的程度。换句话说，太阳最后只会坍塌成一个白矮星。这个时候的太阳，不论是质量还是引力都在不断地减小。这样一来，地球就会面临着脱离原来轨道的情况。其实不止是地球，所有围绕着太阳转动的行星都会脱离原来的轨道。而变成白矮星的太阳会逐渐冷却、暗淡，最终在寂静中结束一切光与热。

当地球脱离了原来的轨道后会去哪里呢？到目前为止，还没有答案。其中一种可能的情况就是地球遇到了黑洞，并被其引力所吞噬了。在浩瀚的宇宙中存在着许多恒星，当一颗恒星的质量达到太阳的三十倍时，也就具有了变成黑洞的基本条件。也就是说，恒星只有在一定条件下才会演化成黑洞，而这个黑洞会吸引周围的一切物质。

一种宇宙终结的理论观点认为，宇宙内部的所有恒星，都会随着时间的流逝而消耗完自身的所有能量，从而变成无数个黑洞，这种黑洞会渐渐吞噬它周围的星球，最终形成一个大黑洞。这样一来，宇宙就会处于一片混沌之中。

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱黑洞的吸引。人类是一个以碳为主要成分的生命形态，也就是说构成我们人类身体的元素都可以在元素周期表中找到。有人曾经形容元素周期表为我们能够触摸到的任何东西的总目录。但是在元素周期表中我们却找不到构成时间与光的元素，因为光是波也是粒子。科学家认为，如果光是波的话，光在面对引力时会有何反应，到目前为止还没有答案。但是如果光是粒子的话，那么就会被引力所吸引。

总而言之，黑洞是引力的产物。

奇点规则

每个黑洞中都包含着一个奇点，而宇宙也有可能诞生于一个奇点。奇点的密度和时空扭曲率无限大，爱因斯坦相对论中所提出的物理规律不变在奇点内并不适用。虽然爱因斯坦的广义相对论告诉我们：宇宙大爆炸意味着宇宙的起源与时间的开始，还预言时间将终止于黑洞。但是，广义相对论的方程并不适用于时间的开端与终结这两种极端的情况。所以，广义相对论并不能揭示大爆炸的结果。毕竟，没有一种理论能说明并解决任何问题，但同时也给后人留下了发挥潜力的空间。但是有些人却认为，这恰恰说明了上帝的万能，上帝可以用自己的方式来开创宇宙与终结宇宙，这些都是人类所无法了解的。

大多数物理学家都认为黑洞的前身就是恒星，是恒星寿命终结时坍塌而形成的引力巨大的天体，也就是说，黑洞的物质密度要大于原子核中的物质密度。如果说黑洞是巨大恒星坍塌的结果，那么黑洞本身的质量应该很大，但是在一个巨大的黑洞里，平均密度却和水差不多。

黑洞是由视界（环绕着黑洞的一层表面，任何东西都无法从视界中逃逸出来）、奇点和介于两者之间什么都不是的东西组成。我们可以从黑洞的外部进行测量，进而了解由万有引力产生的黑洞的质量以及黑洞的旋转速度。但是我们却无法进入黑洞内进行测量与观察，因为构成黑洞表面的视界会把所有物质吞噬掉。

假如科技允许我们的宇航员接近黑洞，并有幸跨越了具有强大吞噬力的视界，那么宇航员能够成功进入到黑洞内部吗？恐怕很难。因为宇航员很有可能会被遇到的巨大重力和潮汐力所吞噬。那么，黑洞内的潮汐力具体体现在什么地方呢？

如果宇航员作为一个自由落体进入黑洞，假设他是脚先进入黑洞的，那么在宇航员还没有来得及感受重力的时候，其脚部就会被强大的重力拖拽住，而且速度很快，就好像是一块面团拉成了细长的面条一样。同时，黑洞本身所具有的吸引力还会把所有进入黑洞的物质挤向黑洞的中心点，这个时候被拉成面条的宇航员又被揉成了面团。这一拉伸与挤压的过程，实际上就是潮汐力在起作用。例如，地球上的水由于受到月球的影响，从而出现潮汐力，具体表现就是把地球上的水翻来覆去地折腾，海水一会儿激起千层浪，一会儿恢复平静。当然，这是同时进行的。此外，黑洞中所具有的潮汐力十分巨大，相当于地球重力的十倍左右。

但是如果宇航员所遇到的黑洞具有巨大的质量，那么就不会感受到那么大的潮汐力。这给宇航员成功进入黑洞内部提供了可能。在大质量的黑洞内，如果宇航员能够侥幸通过视界的吞噬力，那么他会感觉到像乘坐飞机起飞时的那种感受，这就是质量大的黑洞所具有的潮汐力。但是，这是否就意味着宇航员平安无虞了呢？

物理学家认为，这只是白费力气的努力罢了。因为宇航员就算躲过了潮汐力的撕扯，在几分钟的时间内，就会跌入到黑洞的中心部位，也就是奇点上。由于奇点的密度和时空扭曲率无限大，所以宇航员依然会被巨大的潮汐力撕扯着，被拉成面条，再被揉成面团。

如果一个质量特大的黑洞是由均匀物质所组成的，那么这个黑洞在各个方向上的物质都会是相同的，并且会在自身重力的影响下发生坍塌，就好像坍塌星球的情况。这种坍塌为奇点的形成奠定了基础，最终黑洞的中心就会出现奇点。总的来说，经过重力作用坍塌的物体最终必然会形成一个奇点。