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第18部分(第3/4 頁)

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成分極為一致。

然而,這種證據並未能阻止兩位美國天體物理學家提出一個根本不同的解釋,即一個微型黑洞穿過了地球,就像一把熱刀穿透了黃油,又從地球的與通古斯卡相反的一側鑽出來,而那一側卻碰上是南大西洋的中央,沒有樹或是窗戶留下見證來告訴人們發生了什麼。

更深入的分析表明,黑洞在地球中穿過會導致地震波,但是沒有觀測到;黑洞鑽出來時還會伴隨有大氣衝擊波,這也沒有觀測到。看來這種漂泊的微型黑洞的解釋確令人難以置信(不過還趕不上反物質塊或是遇難的外星人飛船之類的解釋那麼離奇),只不過是作為一種宣傳材料而已。黑洞專家們是不會從這種宣傳中獲益的,如果黑洞隨處可以見到,那麼反而顯得不可信了。

短暫的生涯

由霍金依據量子力學所揭示的微型黑洞的基本特徵,即以黑體輻射形式的質量蒸發,看來才是探測這類黑洞的主要希望之所在。

密度漲落理論表明,低質量黑洞只能在宇宙早期形成,而黑洞的質量越小,蒸發得就越快(黑洞的壽命與其質量的立方成正比)。質量為1噸的黑洞會在10’‘秒內蒸發光,而質量為100萬噸的黑洞則能存在10年。只有那些壽命比宇宙年齡(150億年)長的微型黑洞才能維持到今天,這些黑洞的初始質量最少得有10億噸,這大約是一座山的質量,而黑洞半徑只有10-‘’厘米,同質子一樣。

質量更大的黑洞的蒸發時間就比宇宙年齡要長得多,例如,IM黑洞的壽命大約是10“年。這個巨大的數字並不出人意外,因為蒸發是一種量於現象,只發生在與基本粒子直徑相當的極小尺度上。因此,對於那些質量比一座山大的黑洞來說,蒸發是完全無關緊要的,無論這些黑洞是在宇宙早期形成的還是後來在超新星爆發時形成的。實際上,大黑洞質量增大的速率超過蒸發的速率。現在的問題是,目前正在蒸發的黑洞應當有多大的初始質量。

要回答這個問題,首先要明白,黑洞並不是存在於完全的真空裡,而是處在具有一定能量的媒介物質之中。介質的能量至少等於作為原初大爆炸遺蹟的宇宙微波背景輻射的能量。這個宇宙“浴池”的溫度是開氏27度。按照熱力學定律,那些今天仍存在的原初黑洞中,只有質量小於10’‘克的(相當於月亮的質量,而半徑只有0.l毫米)才能有高於開氏27度的溫度,因而才能蒸發,把能量給予周圍介質;而質量更大的黑洞則只會吸收宇宙能量而增大自己的尺度。總之,質量小於礦5克的黑洞已經蒸發掉了,質量在1015克到1026克之間的黑洞現在正在蒸發,而質量在1026克以上的,包括由恆星演化形成的“第二代”黑洞,則都正在增大。

最後時刻

怎樣才能觀測到一個質量適當因而正在蒸發的黑洞呢?霍金的計算表明,在最後的議1秒,蒸發變成爆炸,黑洞被突然地摧毀,其質量被轉變成能量。這種能量以一種高強度的伽瑪射線爆發的形式消散,至少原則上距離為30光年以內的伽瑪射線暴是可以探測的。

由第一章 中的表1可以看到,伽瑪輻射所轉移的能量平均要比可見光輻射強100萬倍。這種輻射因而有著強穿透性,如果不”是被地球的上層大氣阻擋,它對地球上的生物將有致命危險。觀測宇宙伽瑪輻射的一種方法正是把大氣本身作為探測器,伽瑪射線光子在穿過大氣上層時,會把自己的能量轉變成物質,產生粒子和反粒子的簇射。這些粒子在產生的瞬間的運動速度等於真空中的光速,因此就比在空氣中穿過的光還要快。這種“超相對論”粒子進人地球的電磁場,類似於超聲速的飛機那樣,也會形成衝擊波,不過不是產生聲撞擊,而是產生一種可見光閃耀,稱為切論可夫(Cerenkov)輻射。這種輻射很容易在地面上探測到,因而長期以來被用以測量從宇宙空間到達地球的伽瑪輻射流。

由切倫可夫“光”探測到的伽瑪輻射暴平均每年有幾次,但是,它們並不具有微型黑洞爆發的特徵。當然,微型黑洞並不是天空中唯一的伽瑪輻射源,事實上,除了這種突然的輻射爆發外,還有一種強度較低的連續伽瑪輻射已被在大氣以外運轉的衛星上的儀器探測到。這個重要的發現表明,許多天文現象都能向星際空間發射高能輻射。關於這種瀰漫的背景伽瑪輻射的起源還在爭論之中,不過多數人相信是由中子星(見第16章)這樣的緻密星,或者在更大得多的尺度上由活動星系核所產生的。

儘管如此,仍可能有許多微型黑洞已在不久前爆發,併為背景伽瑪輻射作出了部分

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