吞噬一切的黑洞，能够被人类利用吗为什么

来源：网络浏览：54 2022-11-07 03:23:01

人类能居住在地球上是极小概率的幸运事件，不仅在地球的适当位置孕育了生命，而且帮助避免了周围环境条件多次可能发生的灾难性事件。现代科学正在寻找地球人可以居住的另一个行星，但是推测和观测的结果非常稀薄。虽然大气为我们掩盖了宇宙的黑暗，但我们可能仍然要用理智的眼光看待和接受宇宙运动冷酷的物理过程。

吞噬一切的黑洞，能够被人类利用吗为什么

本文来自《新京报书评周刊》 11月26日专刊《缤纷与冷酷宇宙探索简史》的B06-07。

太阳——呼吸救援信号

太阳离黑洞更近，如果太阳发生什么危机，它对我们的打击也会更严重。太阳常见的冠状病毒活动引起的物质投射，会严重影响地球上的粒子和磁场。 1859年，由于冠状病毒投射，地球的电报系统完全无效。幸运的是，地球有自己的磁场和大气层，冠状病毒投射物质不会直接朝向地球，而是受到磁场的干扰而偏转，或者被大气层直接吸收。尽管如此，大量的电流还是有可能穿过地球，直接破坏发电站和发电设施。为了尽可能避免冠状病毒投射造成的损失，2018年，为了观测太阳表面的磁场活动，将其发射到了太阳附近。如果观测到会给地球带来严重破坏的大规模冠状病毒投射，美国航天局会发出警告信号，人类可以尽早关闭部分容易受到干扰的系统设施，将损失降到最低。

太阳养育着我们，同时也控制着我们的命运。看起来像球体，但实际上是等离子体团，是我们平时接触的液体、固体、气体之外的第四种物质的状态，是在极高温度的情况下，气体失去电子与离子结合后才形成的状态。这是所有恒星诞生的规律。从微观物理角度来看，巨大的太阳是一团气体分子，但想象一个拥有惊人质量——，具有膨胀铅球重量的气球。在核聚变的硬度和气体压缩中，太阳的质量达到了整个太阳系的99%。

但是，太阳——和所有恒星都面临着气体不足的危机。

恒星的形成和保持可以理解为核聚变的呼吸，将氢转化为氦，产生更多的热。现在太阳已经在宇宙中呼吸了45亿年，处于中年时期，还在继续改变着热度和亮度。大约30亿年后，呼吸系统出现问题，周围的氢气将消失消耗。届时，太阳将从恒星变成红色巨星，体积膨胀200倍左右，表面温度也将下降。那时，太阳会像孩子的画一样，彻底变成鲜红的圆球。

之后，由于氢被消耗，太阳进入氦聚变的过程。一系列的脉冲和核坍缩从内部破碎太阳的壶，成为星云。在星云的中央，它变成了由剩下的核组成的白矮星。它开始冷却，变暗，不再发光，最终变成黑矮星——的碳和尘埃构成的残骸。虽然宇宙现在的年龄( 137亿年)还不足以在其中形成黑矮星，但它很可能是所有恒星们的终点。

仙女银河。仙女座银河(编号M31 )距离银河系不远，同时也是这个银河中最巨大的银河，外观与银河非常相似。根据目前的观测，仙女座星系正以每秒300~400公里的速度迅速接近地球。从这个速度推测，大约45亿年(一种说法是30亿年)后仙女银河将会正面撞到我们的银河系。听起来像是灾难性的事件，但奇怪的是，天文学的现实并非如此。银河与银河的相遇是宇宙中常见的现象，并不会导致恒星的毁灭。只是，两个银河中的黑洞合二为一，重组为新的、更巨大的银河。那时，如果人类文明还存在于地球上的话，就有可能观测到两条银河像丝带一样缠绕在夜晚的上空。比起巨大的银河合并，小行星给地球带来的毁灭性的东西要可怕得多。

新行星——寻找第二家园

不管地球的生存条件如何，那都是我们的家。但是，它总有一天会毁灭。人类文明能否持续到那个时期也是个疑问，但在宇宙中，能找到适合生命居住的第二颗星星吗？

有一段时间，火星似乎是个好选择。它离地球不远，人们也在上面发现了可能存在水的痕迹。但是火星气压很低，如果移居火星，每个人都有得减压病的风险，必须穿着特殊的航空制服生活。另外，在刚才提到的小行星事件中也提到了，有可能袭击地球的一些小行星会在重力的作用下向火星飞去，所以实际上火星的安全条件与地球相比也毫不逊色。最后，在等到太阳进入红色的时候地球就面临无法生存的危机时，要找到能够继续长期生活的星球，就必须把目光投向太阳系之外。

开普勒-438b可能是我们发现的离地球最近的适合居住的星球。 0~1的适合居住的等级得分中，得到了0.88的评价结果。但请注意，这里的宜居性是相对的。开普勒-438b的大小与地球基本一致，绕着大键琴座的红矮星运转。保持着足以保证液态水存在的光的距离，也有可能存在大气层(暂时无法通过观测确认)。离我们也不远，只有12光年。但是地表温度有60，每100天就会释放出耀斑，释放出足以破坏地球上所有生命的能量。

开普勒-438b。

在目前已知的行星系中，发现的总数为2015个，同时没有一个具备三个以上的地球这样的生存条件。在无法直接观测到的系外行星中，根据物理计算和经过这些系外行星的彗星携带的尘埃痕迹推测，满足最基本点——可以保存液态水——条件的行星，存在的可能性也很小。即使存在，能否制造宇宙飞船到达这个星球也是个问题。如果硬要改造成适合居住在满足几个条件的星球上的话，那也是天文工程。人类需要建设大气层，种植绿色，改变空气环境。或者，人类为此必须对自己的身体进行基因改造，使其可以直接呼吸氢和改变骨骼的密度。即使这项技术将来成为绝对安全稳定的通用技术，地球也不仅仅是人类，还有很多动植物、微生物、甚至细菌，它们已经和人类形成了共生关系。如何把它们转移到新的星球上呢？

总之，根据宇宙无限可能性的概念，远处必然存在着与地球相似的有生命的星球，要在我们无法到达或到达的地方重建地球2.0版的家园，其工程量也非常巨大。从现有的视野来看，地球是宇宙中独一无二的存在。我们能做的就是尽量珍惜它存在的时间，珍惜它身上出现的一切奇怪现象。虚无是宇宙的本质，生命是虚无中的微光。正如浪漫物理学家卡尔萨根在《宇宙》中说的——

“如你所见，空间和时间交织在一起。行星和恒星也和人类一样，从出生到死亡。从恒星上看，人类这个数量高达数十亿、生命转瞬即逝的生物，被包裹在非常寒冷、坚固、遥远的硅酸盐铁球体里。 ”

“放眼宇宙，所有行星的未来都由它们现在的变化决定。我们的小星星，正处在历史的重要岔路口……无论我们在这个时代作出什么抉择，都将深刻影响一代又一代子孙后代，影响他们走向群星的命运。”

小行星——能否与之抗衡

虽然太阳的威胁至少在时间上离我们很远，但小行星的威胁似乎一直存在。如果恐龙的灭绝是由小行星的撞击造成的，那么从恐龙的灭绝到今天衍生出来的现代人类社会，这一时间间隔对地球来说，可以说是一瞬间的事情。

科技和文明的发展曾使人们忘记了这些“一瞬”。进入现代文明之前的人类社会，受到各种灾难和末世论的干扰，必须面对鼠疫、饥荒、宗教传说的世界性大洪水，以及最终审判等。随着科学的发展，这些逐渐脱离了社会，人们对进化论、物理学、化学的发现持乐观态度，直到人们一步步发现了世界的本质之后，所谓的“世界末日言论”便成了天方夜谭。但1908年通古斯河畔的事件唤醒了人类的末日意识。这一年的6月30日，小行星进入地球大气层，在空中爆炸，在西伯利亚地区，相当于伦敦市大小的地区变得平坦了。圣彼得堡、柏林、伦敦等气象站监测到了这次爆炸，但直到20年后调查人员才前往当地，研究小行星袭击地球的影响。

通古斯河畔的遗迹很奇怪，只有一个圆形的爆炸中心，没有形成陨石坑。比较准确地说，推测流星在大气层爆炸，没有直接撞击地球。据爆炸现场估计，这颗小行星的体积直径约60米，重10万吨。通古斯河畔上空的爆炸释放出广岛原子弹1000万倍的能量，在城市上空造成千万人死亡，如果不是上空的爆炸而是与地表相撞，结果将更加难以想象。

另一个现代人类直接观测到的碰撞来自我们的遥远邻居，木星。彗星在1994年撞击了木星主体。具有讽刺意味的是，媒体几个月前采访当时欧洲天文中心的负责人时，询问对方小行星撞击一颗行星的概率是多少。该负责人自信地表示这种概率只有百万分之一。但是几个月后，这件事发生在木星上。 7月16日，舒梅克-利比彗星以秒速60km击中木星。 5分钟后，爆炸范围扩大到木星上空3000个区域，最终木星上碰撞痕迹——的伤痕面积大小与地球相同。

这使人们意识到概率学在小行星事件面前是无用的。这并不是说当时发言的负责人想插嘴，也不是宇宙物理学家的逻辑有问题，而是就数学统计来说，他们的结论没有任何问题。但是，美国波士顿史密森天体物理天文台估计，宇宙中存在的小行星基数很难测定，近地天体的数量可能有30亿个。另外，流星和彗星的碎片本身不发光，在黑暗的宇宙中观测不容易，观测的时候，离地球的距离很近。像通古斯的小行星事件一样，大约每一个世纪都有可能发生。它们不必巨大，几十米左右的直径(可能是停车场的一半大)，足以在撞击地球后给人类带来毁灭性的打击。对地球本身来说，小行星的撞击就像人扔出的纸球一样，但对人类来说，城市附近发生了核爆炸。

我们应该感谢地球独一无二的环境。它存在于像宇宙一样危险的射击场，但有时周围的邻居会帮你挡枪。月亮在这方面可能起了部分作用。上述木星发挥了更大的作用。由于巨大的体积和强大的重力场，许多小行星被牵引改变轨道，撞击木星，有助于避免可能发生的小行星事件。

天文研究者利用都灵指数评估小行星撞击地球的危险性，指数等级从0到10。现在观测到的小行星的评价都是0 (无风险)，最大的风险出现在2004年，小行星99942 )接受了都灵指数4的评价。在近200次轨道观测后，天文学家发现黑客很可能在2029年撞击地球，导致人类文明的毁灭。幸运的是，根据半年后的观测，受到火星重力的干扰，轨道发生了改变。 2029年4月到达距离地球最近的位置——处地表6万km处，改变轨道向火星飞行。撞击地球的概率也从1/450下降到了百万分之四。

毁神星。

如果有一天真的出现了100%撞击地球的小行星，人类现在的应对方法就是考虑改变轨道和武器攻击，可以在小行星附近制造爆炸，改变轨道。除非遇到特别巨大的行星撞击，否则人类拥有自卫的手段。最难的是如何观测它们。这些直径几十米的小行星和尘埃碎片在宇宙中几乎是看不见的。 2000年末，某天体撞击地球的概率被评估为五百分之一，但无法通过观测判断该天体是小行星还是宇宙垃圾。地球在宇宙环境中有很多潜在的威胁。对此，我们只能保持对宇宙环境的关注，全力捕捉其中刮的是什么风。

黑洞——会被人类利用吗？

毫无疑问，在目前公众对宇宙的认知中，黑洞给我们留下了最可怕的印象。它会吞噬周围的一切，即使是光也逃不掉。

黑洞是在大质量恒星崩溃的情况下形成的。在形成黑洞之前，恒星几乎保持着一定的重力，但随着坍缩，恒星开始疯狂收缩，质量和重力都变得无限大。 1915年，爱因斯坦提出了广义相对论。后来有人发现，用爱因斯坦的物理方程，其计算结果有时会无限大。这个结论会破坏已知的宇宙体系。当时，人们对爱因斯坦公式的正确性和相应的宇宙运行体系提出了一些补充的想法。 (另外，与黑洞相对的白洞也是1964年俄罗斯物理学家伊戈尔诺维科夫根据爱因斯坦方程推测出来的，理论上存在的可能性极高，但目前没有任何实质性观测。）

1970年，人类首次确定了黑洞的存在。美国人造卫星在天鹅座附近发现，比太阳大30倍的恒星被吸引到看不见的中心。这是黑洞第一次出现在人类面前。这看起来像是一张令人感到恐惧的未来图，但总有一天地球附近也会出现黑洞，地球和太阳都无法逃离它的魔爪，会一点点被吞噬吧。

日本漫画家伊藤润二用《地狱星》创造了这样的星球，沿途吃掉了所有其他行星，最后将触手伸向了地球。伊藤润二的漫画作品无疑是对未来和极端绝望中所表现出的人性邪恶的具象表现，但这个结局有可能成为现实。虽然黑洞是绝望而可怕的，但黑洞很可能是宇宙本身最核心的部分，据推测银河系的中心是一个质量超出人类想象的巨大黑洞，可能是通过不断吞噬恒星从我这里成长起来的。

《地狱星》，作者： [日]伊藤润二，译者：郑晓蕾，版本：新星出版社2021年10月。

根据宇宙大爆炸理论和通货膨胀理论，宇宙在继续膨胀，但根据宇宙大爆炸后的理论，宇宙基本粒子的数量和密度已经固定，在宇宙继续扩大的情况下，宇宙半径变大，原子密度变小，宇宙的各个地方都有黑洞1982年，美国加州理工学院物理学家斯蒂芬弗罗茨基推论，从黑洞中获得的能量会迅速减少。现代物理学家重新验证了这个构想，发现了最坏的结果。 ——黑洞的体积可能超乎想象，但如果继续吸收能量，将比我们所知的宇宙更巨大。

但是，人们对黑洞的理解还在探索中。在既定认知中，黑洞和白洞理论上是完全相反的两种现象，白洞只是向外释放而不吸收能量，黑洞吞噬一切也不释放幸存者。但是斯蒂芬霍金在2016年发表了演讲，他认为黑洞不像人们认知的那样，向外散发着能量和光芒。根据霍金的研究和计算，“黑洞似乎在以稳定的速度发射粒子。最终确信那是实际存在的物理过程的理由是，飞行的粒子是准确的地热性的。我的计算预言，黑洞产生粒子并发射辐射，和其他一般的热体一样，它所拥有的热量与其表面重力的大小成正比，即与其质量的大小成反比。” 霍金的这一判断不仅颠覆了普通人的认知，也暂时不能被许多物理学家接受。霍金提出了更大胆的构想。利用微黑洞——很遗憾，人们暂时甚至没有发现太阳大小的微黑洞，但霍金相信黑洞的辐射可以提供能量。如果有一天能发现一个和山大小一样大小的超微型黑洞，这个黑洞辐射的能量就足以为整个地球提供电能。

在宇宙中找不到也没关系。可以在时空之外的另一维度利用重力，人为地制造黑洞。但由于黑洞密度太大，会陷入重力，霍金建议将来把这个可发电的微黑洞吊在绕地球轨道上。

不知道有一天黑洞会不会成为人类开发利用的新能源。即使霍金的这个想法真的能实现，那也一定是在漫长的无数个世纪之后。而且，这个用于发电的人造黑洞又脱离了人类的控制，会不会反过来吃掉地球呢？ ——科技的神奇和可怕，在这个想法上完美统一了。但是对于人类本质的能源需求来说，我相信铤而走险是我们未来的子孙后代一定会做的。

作者|宫和子

编辑|李永博青青子

校对|薛京宁