但是除此之外,它并不能吸收任何实质的东西。“它只吸收电磁波,不吸收能量。”程强对记者说。崔铁军(左一)、程强在“人造电磁黑洞”实验装置前(东南大学资料图丛婕摄)这是一个不具有危险性的“黑洞”,不仅如此,这种装置还能在未来用于收集太阳能。在这方面,“人造黑洞”将比世界上任何一种太阳能电池板都更高效。
一些物理爱好者甚至为这种全新的装置设计了一些新功能,比如将它装置在航天器中的太阳帆上,或者用来吸收空气中游散的电磁波——因为手机和无线网络的普及,这种看不见的电磁波据说侵害了我们的健康,成为一种新的污染。不过,制造“黑洞”的研究者却从来不想那么多,现在崔铁军和程强正在继续的,是如何把实验室里的装置变成样机,“实现工程化”。
面对关于“人造黑洞”的各式各样的议论,程强认为,“成果公布以后,被许多国际媒体转载和评论,确实也大大出乎我们意料。从我们个人角度而言,只觉得这是一个比较有意义的工作。
实验室里的“黑洞”“我觉得很惊奇,崔和程这么快就做出了‘人造黑洞’!”看到这个研究成果后,纳瑞马诺维说。伊维根·纳瑞马诺维(evgeniinarimanov)是美国印第安纳州西拉斐特市普渡大学的一名教授。
今年年初,他和合作者亚历山大·基尔迪谢维(alexanderkildishev)一起,发表论文,提出了一种制造小型“黑洞”的理论和设计方案。他们的想法是通过模拟黑洞的一些性质,使在“人造黑洞”附近出现的放射性物质被吸引,然后螺旋式地进入“黑洞”中心。“我们的确是受到他的论文的启发,但研究本身是我们独立完成的。”
程强对记者说。之所以能这么快将之变成现实,是因为他们所在的实验室也一直从事着这方面的研究,在理论和实验两方面都积累了很多年的经验,实验过程中也用到了很多他们自己的独创性想法。不过虽然名为“黑洞”,他们受纳瑞马诺维启发而造的“黑洞”,和真正存在于宇宙中的黑洞还是有大差别的,这种差别并不仅仅体现在质量的大小上。
两种“黑洞”的原理其实并不一样。宇宙间的黑洞之所以能吞噬一切,是因为它质量巨大,而实验室里的“黑洞”,实际上是根据光波在被吸进宇宙黑洞时的性质,模拟出来的仪器,可以令光波接近时产生相似的扭曲,并被吸引。
也就是说,两种“黑洞”可以让附近的光波出现相似的“结局”,但是光波遇到的却并不是同一回事。不过目前东南大学实验室里的“黑洞”,还只是适用于某些微波频率,比如人们常用的通信频率,如gsm、cdma和蓝牙等,吸引光波还有待进一步研究,因为光波的频率更短,需要设计的“人造黑洞”尺寸也要更小些。
超强吸波装置这样的“人造黑洞”,在未来可以用于发电。“当电磁波遇到这台仪器,就会立刻被捕获,并且立刻被引入到仪器里,一直被吸进黑洞中心。没有电磁波可以逃离这个黑洞。”
崔铁军向《科学美国人》杂志描述“人造黑洞”时说。在他们的仪器中,被吸入的电磁波在中心位置转化为热能。根据《科学》杂志介绍,“人工黑洞”是一个直径22厘米的装置。
它有60个同轴环,外层由40个同心环组成。通过特别设计,研究组令同心环的从外到内的介电常数发生连续变化,而不同的介电常数,则能让电磁波的方向发生相应改变。
程强把这台仪器描述成“一个超强吸波装置”。可以这样联想,一台“人造黑洞”仿佛一台吸力强大的“吸尘器”,只要它所在的地方有电磁存在,那些电磁波或光波就会源源不断地被它收入囊中,不受任何其他外界条件的限制。
用于获取能源,这样一个超强吸波装置仿佛正在打开一座看不见却内容丰厚的“宝藏”,用它来吸收太阳能,不仅可以在任何天气里正常工作,甚至将之放入黑暗的宇宙里,它也能收集到同样多的电磁波或光波,并将之转化为热能。
崔铁军,生于1965年9月。和1993年分别在西安电子科技大学获学硕士及博士学位,后留校从事教学与科研工作。1993年11月破格提升为副教授。1995年至1997年在德国卡尔斯鲁厄大学作为洪堡学者进行合作研究。
1997年至1999年,在美国作博士后研究。2001年10月被聘为东南大学无线电工程系教授、博士生导师、教育部“长江学者”特聘教授。现为东南大学毫米波国家重点实验室副主任、东南大学目标特性与识别研究所所长。
程强,1979年10月生。1997考入南京航空航天大学电子工程系攻读本硕。2004年考入东南大学信息科学与工程学院电磁场与微波技术专业攻读博士学位,师从崔铁军教授。
2008年6月博士毕业留校,半年后就因出科研成就破格提前享受教授资格。白洞科学家们提出设想,既然宇宙中有黑洞,那么一定存在“白洞”。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去,而白洞可以把这些东西都吐出来。
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科学家们设想,黑洞与白洞是连在一起的,黑洞把物质吸进去,物质在里面会经过一个叫做奇异点的东西,然后物质就到达了白洞的“管辖范围”,会被白洞“吐”出来。然后物质就到达了另一个宇宙(第一平行宇宙到达)。
但是,如果白洞存在,所有的物体将会以极快的速度离开。不仅如此,无论什么东西都有两面性,黑洞和白洞一个能吸一个能吐,而在第二平行宇宙中的物质则通过白洞来到宇宙所以第一平行宇宙间的物质才不会全都消失。这在在理论上是成立的。
最小的黑洞仅是太阳质量的3.8倍,其直径为24公里,仅比纽约曼哈顿岛大一些。尽管这个被称为“xtej1650-500”的黑洞算是小个头,但它却是极具破坏性的“引擎”。它与其它黑洞一样,从伴星那里偷取气体,使自己升温,基于xtej1650-500黑洞的质量,它释放x射线的强度呈周期性变化。天文学家通过观测这种微小的变化,能够测量这颗黑洞的质量。
黑洞并不仅仅是在宇宙空间吞噬气体,如果形成黑洞的恒星处于快速旋转,那么这个黑洞也会持续旋转。相比静止状态的黑洞,旋转黑洞能够更好地控制环绕其周围的宇宙物质盘。这个快速旋转的黑洞叫做grs1915+105,大约每秒旋转1000次。这几乎是黑洞旋转的最快速度,这一速度是快速旋转恒星崩溃之前测定的。
超大所谓“超大质量黑洞”是指质量超过太阳100万倍以上的黑洞。如果星系中心的超大质量黑洞不再是“无色的”存在超大质量黑洞,那么在它周围的物质亦应当像绕太阳旋转的行星那样,遵循“开普勒行星运动三定律”,哈勃太空望远镜就在ngc4261.
室女座m84星系、室女座m87星系等星系中心发现了高速旋转的气体,而且发现银河系中心有几颗恒星按照轨道环绕中心的速度是其他恒星的上千倍,能使恒星飞速旋转必须有极大的引力,而只可能是超大质量黑洞有这样的能力。
根据开普勒定律,气体的旋转速度应与其围绕天体的质量的平方根成正比,与旋转半径的平方根成反比。如果能够确定旋转速度和半径,就能求出哪个天体的质量,ngc4261旋转半径为300光年以内,质量约为太阳质量的20亿倍;
m84星系旋转半径为30光年以内,质量约为太阳质量的3亿倍;m87星系旋转半径为15光年以内,质量约为太阳质量的30亿倍。10亿倍太阳质量的黑洞的半径大约为10天文单位,也就是1光年的一万分之一。
所以,哈勃太空望远镜的观测结果与黑洞的半径相比较,还没有把握住黑洞的外侧。1995年,有关科学家与美国史密森尼安天文台合作,使用超长基线电波干涉仪群观测猎犬ngc4258星系的中心区域,发现在ngc4258星系中心仅0.3光年的区域内,就存在相当太阳质量3600万倍的质量,而且获得了迄今为止最精确的旋转速度。
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由此,星系中心存在超大质量黑洞的可能几乎转瞬间便具有了可能性。同年,科学家们进行了对确认超大质量黑洞具有决定意义的观测,证据是通过日本的x射线天文卫星观测得到的,观测对象是名为“mcg-6-30-15”的一个活跃星系。
观测结果表明,来自这个星系中心的x射线发生了“引力红移”,这是非黑洞无法解释的。所谓“引力红移”是在强引力作用下,时间似乎变慢的可用广义相对论解释的现象,在这种现象中光波长变长。
这个现象被确认其意义就相当于直接观测到黑洞。科学家从此得到了超大质量黑洞存在的强有力的证据,任何星系都存在巨大黑洞。黑洞不是“无色的”周围可能围绕着光环据麻省理工学院《技术评论》(technologyreview)杂志报道,天文学家认为,星系中心的超大质量黑洞不再是“无色的”,其周围可能围绕着光环。
据报道,天文学家利用甚长基线干涉测量法,已经在黑洞成像技术方面取得了长足进步。人们普遍认为,在不远的将来,还会开发出更加先进的观测方法。
根据理论预测,黑洞周围的光环,由黑洞吸引和束缚的光子组成。这个光环并没有穿透“事件穹界”,仅仅位于“事件穹界”的外围。事件穹界,即黑洞周围让物质有去无回的边界,在边界以外观测不到边界以内的任何事件。
光环的直径可能比其围绕的黑洞直径大几倍,利用未来的成像技术可能可以看到它们。现在天文学家最急切希望的是,利用甚长基线干涉测量法等手段,可直接测量黑洞的质量。

