人造黑洞的探索

沈臻懿

从“黑洞天体”到“人造黑洞”

一直以来，人们都没有停止过对于宇宙中神秘天体的探索，但黑洞究竟是什么，仍然还有着许多谜团。俗语说，“眼见为实，耳听为虚”，直到2019年4月10日21点整，黑洞的“真面目”才在一场全球新闻发布会中，被天文学家正式公布。这张照片，是人类历史上首次直接拍摄到的黑洞影像，堪称人类空间探索领域的一大里程碑。毫不夸张地说，我们已然是人类历史上，甚至可能是太阳系历史上首批亲眼见证黑洞容颜的“吃瓜群众”。

宇宙中的黑洞，神秘、强大。任何靠近它的物质，如星系、恒星、小行星、时空、光，无一例外都能被其拖拽入内并吞噬。人们对于黑洞感到好奇的同时，这一天体所具有的强大吞噬能力，也不断吸引着科学家们的关注与研究。有科学家在对声波通过某些物质中的表现研究发现，其在流体中的表现与光线在黑洞中的表现极为相似。如果能够令流体的速度超越声速，那么就能够在这一流体中构建出一个涉及声音现象的“人造黑洞”。正是有了这一发现，科学家们随即提出了一个大胆设想，可否通过人工方式来打造出一个“人造黑洞”？英国媒体《卫报》曾报道了一位名叫霍拉蒂·纳斯塔西的美国科学家打造出的“人造黑洞”，但最终证实，这一“人造黑洞”的成果只是一个“灼热的火球”而已。

科学家根据声波在流体中的表现，已经在实验室条件下成功制造出了一个让声波无法从中逃脱出去的“牢笼”。虽然该“声波黑洞”并非完美，只能够吞噬声音，无法吞噬光线，但这一实验也增强了科学家们制造出“人造黑洞”的信心。我们知道，吞噬光线是黑洞的重要特性。蓝色星球上存在的任何物质，都有着一个名为“钱德拉塞卡极限”的质量上限。简单来说，只要将某个物质压入其中，我们就能让光线无法逃逸。如果科学推断没有出错的话，人们打造出“人造黑洞”的可能性还是存在的。

“人造黑洞”的科学探索用水也能造“黑洞”吗

黑洞给我们所有人的印象都是神秘的、怪异的，但如果有人告诉你说，用水也能打造出“人造黑洞”，你是否会觉得这是“天方夜谭”？科学家经过研究认为，从理论上来说，以水作为原料未尝不可，但核心在于向水提供强压。我们都知道，水的化学式为H2O，是由氢（H）和氧（O）共同構成。当外力不断对水进行挤压后，水的分子键就会断裂，并分解为氢原子和氧原子。因此，只要能将水压缩到特定程度，任何一杯水都具有形成黑洞的“潜力”。

随着外力的继续增强，散乱无章的氢原子和氧原子会渐渐聚拢。当这些原子的间距小于一定距离后，就会发生核聚变反应，并释放出大量的能量。此时，原本较轻的原子核会聚合并形成较重的原子核。不过，这一阶段离最终的黑洞还相去甚远。在外部压力的不断作用下，压缩还将持续进行。原子之间的距离越来越近，起初质量较轻的原子会随之聚合为质量较重的原子，核聚变反应则会愈加激烈，甚至还会因内外压力之间的不平衡而引发爆炸。为了能制造出黑洞，压力还需要继续增强。在此过程中，电子将被迫进入原子核内，并与原子核中的质子相结合，从而形成中子。最终，原子核内只留下数之不尽的中子。在持续不断的强压下，中子还将会压缩成为密度更大的“夸克”。形成“夸克”后，距离最终的成果——黑洞也就近在咫尺了。

超大型粒子加速器的问世，让更多的科学家相信，黑洞完全可以通过人工方式来制造

如果光学“人造黑洞”最终能普及的话，原本那些阳光散射过于厉害、无法利用反射镜来收集太阳能资源的区域，未来便可以用光学“人造黑洞”来替代了

倘若这一理论能够成立，人们将制造出多大的“人造黑洞”呢？据科学家推算，如果以我们这颗蓝色星球作为原料来压缩的话，最终可以形成一个半径不到10毫米的黑洞。若使用地球上所有的液态水资源作为原料来压缩，其最终形成的“人造黑洞”体积还不到以地球为原料的十分之一。虽然这一研究在理论上可行，但人们无法，也不可能使用地球上所有的液态水来制造“人造黑洞”。不过，这并不妨碍科学家们通过其他途径尝试从事“人造黑洞”的研究探索。

“迷你黑洞”的尝试

大型强子对撞机是人类迄今为止，最伟大的发明之一。物理学家认为，在粒子对撞过程中，很有可能产生类似于黑洞的高密度物质。此外，超大型粒子加速器的问世，也让更多的科学家相信，黑洞完全可以通过人工方式来制造。只要将粒子加速器中的基本粒子，以光速相撞，其在撞击过程中引发核聚变，并释放出等同于3亿倍太阳表面温度的热量，就能让人们获得一种与黑洞极为近似的物质。已故著名物理学家霍金也曾提出，超大型粒子加速器的确能够人为制造出黑洞，但这一“人造黑洞”并不会在我们这个世界中停留太多时间。不过，也有人担心，如果这种人造“迷你黑洞”能够吞噬周围的一切，会不会对地球造成毁灭性的打击呢？美国物理学家史蒂夫·吉汀斯经过分析后认为，通过粒子碰撞后获得的“迷你黑洞”是无害的。“人造黑洞”能够毁灭地球的说法，只存在于科幻或虚构的情节之中。

除粒子对撞外，有研究团队发现，当使用世界上最强的X射线轰击单个分子时，也可以形成“迷你黑洞”。通过直线加速器相干光源，单束激光脉冲能够从内到外将分子摧毁，把分子中的原子几乎全部“清空”，只留下一个类似于黑洞天体的“空泛”之物。

“人造黑洞”的前景与隐忧

如同宇宙中的黑洞天体，“人造黑洞”同样有着吸收物质的特性，就像一台吸力强大的“吸尘器”。正是由于这一特性的存在，科学家们也看到了“人造黑洞”的未来前景。

人们社会生活中的吃、穿、住、行等各方面，都需要以能源作为基础。许多年以来，能源的发展覆盖了化石燃料、蒸汽、核能、自然能源等类型。但在这些能源中，有的容易破坏环境，有的则有潜在的危险性。不过，“人造黑洞”的发展前景，让科学家看到了一个堪称完美的能量来源。在黑洞的入口处，会以伽马射线和X射线的形式泄漏辐射。黑洞的体积与旋转速度成反比，体积越小，旋转速度越快，辐射也就越多。这些泄漏的辐射具有足够的能量能够为人们所利用。

此外，有科学家设计研究的“人造黑洞”，或许还将能够吸收电磁波和可见光。这也可为太阳能转化为电能提供一个全新的能源利用模式。按照这一设计，当入射可见光靠近“人造黑洞”装置时，光线即会被其所捕获，并沿着装置内的环形结构进入“黑洞”中心，从而被中心柱所吸收。这一光学“人造黑洞”可以把周围的太阳能全部吸入位于“黑洞”中心的太阳能电池组内。如果该光学“人造黑洞”最终能普及的话，现有利用反射镜来收集太阳能的方式可能会被淘汰。原本那些阳光散射过于厉害，无法利用反射镜来收集的区域，便可以利用光学“人造黑洞”来收集并使用太阳能资源了。

尽管“人造黑洞”会吞噬整个地球的说法已被科学家们的分析所否定，但“人造黑洞”所隐藏的潜在忧虑仍为人们所争议。有研究认为，“人造黑洞”技术，将有可能诞生“黑洞炸弹”。这一武器很有可能成为继原子弹等核弹后，人类所面临的另一大威胁。

不过，当前人们对于“人造黑洞”的研发还处在实验室探索阶段，不少关于“人造黑洞”的理论也尚处于假设阶段，唯有当人们对于宇宙中的黑洞天体有了更多的了解和掌握后，“人造黑洞”技术方能取得进一步的突破。

编辑：黄灵  yeshzhwu@foxmail.com