吞噬一切的黑洞，能夠被人類利用嗎為什么

人類能居住在地球上是極小概率的幸運事件，不僅在地球的適當位置孕育了生命，而且?guī)椭苊饬酥車h(huán)境條件多次可能發(fā)生的災難性事件。 現(xiàn)代科學正在尋找地球人可以居住的另一個行星，但是推測和觀測的結果非常稀薄。 雖然大氣為我們掩蓋了宇宙的黑暗，但我們可能仍然要用理智的眼光看待和接受宇宙運動冷酷的物理過程。

本文來自《新京報書評周刊》 11月26日?？独_紛與冷酷 宇宙探索簡史》的B06-07。

太陽——呼吸救援信號

太陽離黑洞更近，如果太陽發(fā)生什么危機，它對我們的打擊也會更嚴重。 太陽常見的冠狀病毒活動引起的物質投射，會嚴重影響地球上的粒子和磁場。 1859年，由于冠狀病毒投射，地球的電報系統(tǒng)完全無效。 幸運的是，地球有自己的磁場和大氣層，冠狀病毒投射物質不會直接朝向地球，而是受到磁場的干擾而偏轉，或者被大氣層直接吸收。 盡管如此，大量的電流還是有可能穿過地球，直接破壞發(fā)電站和發(fā)電設施。 為了盡可能避免冠狀病毒投射造成的損失，2018年，為了觀測太陽表面的磁場活動，將其發(fā)射到了太陽附近。 如果觀測到會給地球帶來嚴重破壞的大規(guī)模冠狀病毒投射，美國航天局會發(fā)出警告信號，人類可以盡早關閉部分容易受到干擾的系統(tǒng)設施，將損失降到最低。

太陽養(yǎng)育著我們，同時也控制著我們的命運。 看起來像球體，但實際上是等離子體團，是我們平時接觸的液體、固體、氣體之外的第四種物質的狀態(tài)，是在極高溫度的情況下，氣體失去電子與離子結合后才形成的狀態(tài)。 這是所有恒星誕生的規(guī)律。 從微觀物理角度來看，巨大的太陽是一團氣體分子，但想象一個擁有驚人質量——，具有膨脹鉛球重量的氣球。 在核聚變的硬度和氣體壓縮中，太陽的質量達到了整個太陽系的99%。

但是，太陽——和所有恒星都面臨著氣體不足的危機。

恒星的形成和保持可以理解為核聚變的呼吸，將氫轉化為氦，產(chǎn)生更多的熱。 現(xiàn)在太陽已經(jīng)在宇宙中呼吸了45億年，處于中年時期，還在繼續(xù)改變著熱度和亮度。 大約30億年后，呼吸系統(tǒng)出現(xiàn)問題，周圍的氫氣將消失消耗。 屆時，太陽將從恒星變成紅色巨星，體積膨脹200倍左右，表面溫度也將下降。 那時，太陽會像孩子的畫一樣，徹底變成鮮紅的圓球。

之后，由于氫被消耗，太陽進入氦聚變的過程。 一系列的脈沖和核坍縮從內(nèi)部破碎太陽的壺，成為星云。 在星云的中央，它變成了由剩下的核組成的白矮星。 它開始冷卻，變暗，不再發(fā)光，最終變成黑矮星——的碳和塵埃構成的殘骸。 雖然宇宙現(xiàn)在的年齡( 137億年)還不足以在其中形成黑矮星，但它很可能是所有恒星們的終點。

仙女銀河。 仙女座銀河(編號M31 )距離銀河系不遠，同時也是這個銀河中最巨大的銀河，外觀與銀河非常相似。 根據(jù)目前的觀測，仙女座星系正以每秒300~400公里的速度迅速接近地球。 從這個速度推測，大約45億年(一種說法是30億年)后仙女銀河將會正面撞到我們的銀河系。 聽起來像是災難性的事件，但奇怪的是，天文學的現(xiàn)實并非如此。 銀河與銀河的相遇是宇宙中常見的現(xiàn)象，并不會導致恒星的毀滅。 只是，兩個銀河中的黑洞合二為一，重組為新的、更巨大的銀河。 那時，如果人類文明還存在于地球上的話，就有可能觀測到兩條銀河像絲帶一樣纏繞在夜晚的上空。 比起巨大的銀河合并，小行星給地球帶來的毀滅性的東西要可怕得多。

新行星——尋找第二家園

不管地球的生存條件如何，那都是我們的家。 但是，它總有一天會毀滅。 人類文明能否持續(xù)到那個時期也是個疑問，但在宇宙中，能找到適合生命居住的第二顆星星嗎？

有一段時間，火星似乎是個好選擇。 它離地球不遠，人們也在上面發(fā)現(xiàn)了可能存在水的痕跡。 但是火星氣壓很低，如果移居火星，每個人都有得減壓病的風險，必須穿著特殊的航空制服生活。 另外，在剛才提到的小行星事件中也提到了，有可能襲擊地球的一些小行星會在重力的作用下向火星飛去，所以實際上火星的安全條件與地球相比也毫不遜色。 最后，在等到太陽進入紅色的時候地球就面臨無法生存的危機時，要找到能夠繼續(xù)長期生活的星球，就必須把目光投向太陽系之外。

開普勒-438b可能是我們發(fā)現(xiàn)的離地球最近的適合居住的星球。 0~1的適合居住的等級得分中，得到了0.88的評價結果。 但請注意，這里的宜居性是相對的。 開普勒-438b的大小與地球基本一致，繞著大鍵琴座的紅矮星運轉。 保持著足以保證液態(tài)水存在的光的距離，也有可能存在大氣層(暫時無法通過觀測確認)。 離我們也不遠，只有12光年。 但是地表溫度有60，每100天就會釋放出耀斑，釋放出足以破壞地球上所有生命的能量。

開普勒-438b。

在目前已知的行星系中，發(fā)現(xiàn)的總數(shù)為2015個，同時沒有一個具備三個以上的地球這樣的生存條件。 在無法直接觀測到的系外行星中，根據(jù)物理計算和經(jīng)過這些系外行星的彗星攜帶的塵埃痕跡推測，滿足最基本點——可以保存液態(tài)水——條件的行星，存在的可能性也很小。 即使存在，能否制造宇宙飛船到達這個星球也是個問題。 如果硬要改造成適合居住在滿足幾個條件的星球上的話，那也是天文工程。 人類需要建設大氣層，種植綠色，改變空氣環(huán)境。 或者，人類為此必須對自己的身體進行基因改造，使其可以直接呼吸氫和改變骨骼的密度。 即使這項技術將來成為絕對安全穩(wěn)定的通用技術，地球也不僅僅是人類，還有很多動植物、微生物、甚至細菌，它們已經(jīng)和人類形成了共生關系。 如何把它們轉移到新的星球上呢？

總之，根據(jù)宇宙無限可能性的概念，遠處必然存在著與地球相似的有生命的星球，要在我們無法到達或到達的地方重建地球2.0版的家園，其工程量也非常巨大。 從現(xiàn)有的視野來看，地球是宇宙中獨一無二的存在。 我們能做的就是盡量珍惜它存在的時間，珍惜它身上出現(xiàn)的一切奇怪現(xiàn)象。 虛無是宇宙的本質，生命是虛無中的微光。 正如浪漫物理學家卡爾薩根在《宇宙》中說的——

“如你所見，空間和時間交織在一起。 行星和恒星也和人類一樣，從出生到死亡。 從恒星上看，人類這個數(shù)量高達數(shù)十億、生命轉瞬即逝的生物，被包裹在非常寒冷、堅固、遙遠的硅酸鹽鐵球體里。 ”

“放眼宇宙，所有行星的未來都由它們現(xiàn)在的變化決定。 我們的小星星，正處在歷史的重要岔路口……無論我們在這個時代作出什么抉擇，都將深刻影響一代又一代子孫后代，影響他們走向群星的命運。”

小行星——能否與之抗衡

雖然太陽的威脅至少在時間上離我們很遠，但小行星的威脅似乎一直存在。 如果恐龍的滅絕是由小行星的撞擊造成的，那么從恐龍的滅絕到今天衍生出來的現(xiàn)代人類社會，這一時間間隔對地球來說，可以說是一瞬間的事情。

科技和文明的發(fā)展曾使人們忘記了這些“一瞬”。 進入現(xiàn)代文明之前的人類社會，受到各種災難和末世論的干擾，必須面對鼠疫、饑荒、宗教傳說的世界性大洪水，以及最終審判等。 隨著科學的發(fā)展，這些逐漸脫離了社會，人們對進化論、物理學、化學的發(fā)現(xiàn)持樂觀態(tài)度，直到人們一步步發(fā)現(xiàn)了世界的本質之后，所謂的“世界末日言論”便成了天方夜譚。 但1908年通古斯河畔的事件喚醒了人類的末日意識。 這一年的6月30日，小行星進入地球大氣層，在空中爆炸，在西伯利亞地區(qū)，相當于倫敦市大小的地區(qū)變得平坦了。 圣彼得堡、柏林、倫敦等氣象站監(jiān)測到了這次爆炸，但直到20年后調(diào)查人員才前往當?shù)?，研究小行星襲擊地球的影響。

通古斯河畔的遺跡很奇怪，只有一個圓形的爆炸中心，沒有形成隕石坑。 比較準確地說，推測流星在大氣層爆炸，沒有直接撞擊地球。 據(jù)爆炸現(xiàn)場估計，這顆小行星的體積直徑約60米，重10萬噸。 通古斯河畔上空的爆炸釋放出廣島原子彈1000萬倍的能量，在城市上空造成千萬人死亡，如果不是上空的爆炸而是與地表相撞，結果將更加難以想象。

另一個現(xiàn)代人類直接觀測到的碰撞來自我們的遙遠鄰居，木星。 彗星在1994年撞擊了木星主體。 具有諷刺意味的是，媒體幾個月前采訪當時歐洲天文中心的負責人時，詢問對方小行星撞擊一顆行星的概率是多少。 該負責人自信地表示這種概率只有百萬分之一。 但是幾個月后，這件事發(fā)生在木星上。 7月16日，舒梅克-利比彗星以秒速60km擊中木星。 5分鐘后，爆炸范圍擴大到木星上空3000個區(qū)域，最終木星上碰撞痕跡——的傷痕面積大小與地球相同。

這使人們意識到概率學在小行星事件面前是無用的。 這并不是說當時發(fā)言的負責人想插嘴，也不是宇宙物理學家的邏輯有問題，而是就數(shù)學統(tǒng)計來說，他們的結論沒有任何問題。 但是，美國波士頓史密森天體物理天文臺估計，宇宙中存在的小行星基數(shù)很難測定，近地天體的數(shù)量可能有30億個。 另外，流星和彗星的碎片本身不發(fā)光，在黑暗的宇宙中觀測不容易，觀測的時候，離地球的距離很近。 像通古斯的小行星事件一樣，大約每一個世紀都有可能發(fā)生。 它們不必巨大，幾十米左右的直徑(可能是停車場的一半大)，足以在撞擊地球后給人類帶來毀滅性的打擊。 對地球本身來說，小行星的撞擊就像人扔出的紙球一樣，但對人類來說，城市附近發(fā)生了核爆炸。

我們應該感謝地球獨一無二的環(huán)境。 它存在于像宇宙一樣危險的射擊場，但有時周圍的鄰居會幫你擋槍。 月亮在這方面可能起了部分作用。 上述木星發(fā)揮了更大的作用。 由于巨大的體積和強大的重力場，許多小行星被牽引改變軌道，撞擊木星，有助于避免可能發(fā)生的小行星事件。

天文研究者利用都靈指數(shù)評估小行星撞擊地球的危險性，指數(shù)等級從0到10。 現(xiàn)在觀測到的小行星的評價都是0 (無風險)，最大的風險出現(xiàn)在2004年，小行星99942 )接受了都靈指數(shù)4的評價。 在近200次軌道觀測后，天文學家發(fā)現(xiàn)黑客很可能在2029年撞擊地球，導致人類文明的毀滅。 幸運的是，根據(jù)半年后的觀測，受到火星重力的干擾，軌道發(fā)生了改變。 2029年4月到達距離地球最近的位置——處地表6萬km處，改變軌道向火星飛行。 撞擊地球的概率也從1/450下降到了百萬分之四。

毀神星。

如果有一天真的出現(xiàn)了100%撞擊地球的小行星，人類現(xiàn)在的應對方法就是考慮改變軌道和武器攻擊，可以在小行星附近制造爆炸，改變軌道。 除非遇到特別巨大的行星撞擊，否則人類擁有自衛(wèi)的手段。 最難的是如何觀測它們。 這些直徑幾十米的小行星和塵埃碎片在宇宙中幾乎是看不見的。 2000年末，某天體撞擊地球的概率被評估為五百分之一，但無法通過觀測判斷該天體是小行星還是宇宙垃圾。 地球在宇宙環(huán)境中有很多潛在的威脅。 對此，我們只能保持對宇宙環(huán)境的關注，全力捕捉其中刮的是什么風。

黑洞——會被人類利用嗎？

毫無疑問，在目前公眾對宇宙的認知中，黑洞給我們留下了最可怕的印象。 它會吞噬周圍的一切，即使是光也逃不掉。

黑洞是在大質量恒星崩潰的情況下形成的。 在形成黑洞之前，恒星幾乎保持著一定的重力，但隨著坍縮，恒星開始瘋狂收縮，質量和重力都變得無限大。 1915年，愛因斯坦提出了廣義相對論。 后來有人發(fā)現(xiàn)，用愛因斯坦的物理方程，其計算結果有時會無限大。 這個結論會破壞已知的宇宙體系。 當時，人們對愛因斯坦公式的正確性和相應的宇宙運行體系提出了一些補充的想法。 (另外，與黑洞相對的白洞也是1964年俄羅斯物理學家伊戈爾諾維科夫根據(jù)愛因斯坦方程推測出來的，理論上存在的可能性極高，但目前沒有任何實質性觀測。 ）

1970年，人類首次確定了黑洞的存在。 美國人造衛(wèi)星在天鵝座附近發(fā)現(xiàn)，比太陽大30倍的恒星被吸引到看不見的中心。 這是黑洞第一次出現(xiàn)在人類面前。 這看起來像是一張令人感到恐懼的未來圖，但總有一天地球附近也會出現(xiàn)黑洞，地球和太陽都無法逃離它的魔爪，會一點點被吞噬吧。

日本漫畫家伊藤潤二用《地獄星》創(chuàng)造了這樣的星球，沿途吃掉了所有其他行星，最后將觸手伸向了地球。 伊藤潤二的漫畫作品無疑是對未來和極端絕望中所表現(xiàn)出的人性邪惡的具象表現(xiàn)，但這個結局有可能成為現(xiàn)實。 雖然黑洞是絕望而可怕的，但黑洞很可能是宇宙本身最核心的部分，據(jù)推測銀河系的中心是一個質量超出人類想象的巨大黑洞，可能是通過不斷吞噬恒星從我這里成長起來的。

《地獄星》，作者： [日]伊藤潤二，譯者：鄭曉蕾，版本：新星出版社2021年10月。

根據(jù)宇宙大爆炸理論和通貨膨脹理論，宇宙在繼續(xù)膨脹，但根據(jù)宇宙大爆炸后的理論，宇宙基本粒子的數(shù)量和密度已經(jīng)固定，在宇宙繼續(xù)擴大的情況下，宇宙半徑變大，原子密度變小，宇宙的各個地方都有黑洞1982年，美國加州理工學院物理學家斯蒂芬弗羅茨基推論，從黑洞中獲得的能量會迅速減少。 現(xiàn)代物理學家重新驗證了這個構想，發(fā)現(xiàn)了最壞的結果。 ——黑洞的體積可能超乎想象，但如果繼續(xù)吸收能量，將比我們所知的宇宙更巨大。

但是，人們對黑洞的理解還在探索中。 在既定認知中，黑洞和白洞理論上是完全相反的兩種現(xiàn)象，白洞只是向外釋放而不吸收能量，黑洞吞噬一切也不釋放幸存者。 但是斯蒂芬霍金在2016年發(fā)表了演講，他認為黑洞不像人們認知的那樣，向外散發(fā)著能量和光芒。 根據(jù)霍金的研究和計算，“黑洞似乎在以穩(wěn)定的速度發(fā)射粒子。 最終確信那是實際存在的物理過程的理由是，飛行的粒子是準確的地熱性的。 我的計算預言，黑洞產(chǎn)生粒子并發(fā)射輻射，和其他一般的熱體一樣，它所擁有的熱量與其表面重力的大小成正比，即與其質量的大小成反比?！?霍金的這一判斷不僅顛覆了普通人的認知，也暫時不能被許多物理學家接受。 霍金提出了更大膽的構想。 利用微黑洞——很遺憾，人們暫時甚至沒有發(fā)現(xiàn)太陽大小的微黑洞，但霍金相信黑洞的輻射可以提供能量。 如果有一天能發(fā)現(xiàn)一個和山大小一樣大小的超微型黑洞，這個黑洞輻射的能量就足以為整個地球提供電能。

在宇宙中找不到也沒關系。 可以在時空之外的另一維度利用重力，人為地制造黑洞。 但由于黑洞密度太大，會陷入重力，霍金建議將來把這個可發(fā)電的微黑洞吊在繞地球軌道上。

不知道有一天黑洞會不會成為人類開發(fā)利用的新能源。 即使霍金的這個想法真的能實現(xiàn)，那也一定是在漫長的無數(shù)個世紀之后。 而且，這個用于發(fā)電的人造黑洞又脫離了人類的控制，會不會反過來吃掉地球呢？ ——科技的神奇和可怕，在這個想法上完美統(tǒng)一了。 但是對于人類本質的能源需求來說，我相信鋌而走險是我們未來的子孫后代一定會做的。

作者|宮和子

編輯|李永博青青子

校對|薛京寧

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