文/劉泰祥

系統(tǒng)相對論連載之八：黑洞模型和銀河系的起源

文/劉泰祥

自上世紀(jì)60年代約翰·惠勒提出“黑洞”一詞以來，黑洞研究一直是一個熱門研究領(lǐng)域。2014年1月，英國著名科學(xué)家霍金在發(fā)表的論文中宣稱，黑洞其實(shí)是不存在的，不過“灰洞”的確存在。他再次以其與黑洞有關(guān)的理論震驚物理學(xué)界。下面簡要討論系統(tǒng)相對論的黑洞模型及其演化。

1.黑洞的超核模型

根據(jù)中子星的熔殼原理[1]，中子星最終演化為一個帶有兩個發(fā)射極的、由cn粒子構(gòu)成的超巨型原子核，簡稱超核。這個超核就是宇宙學(xué)上所說的黑洞。

黑洞具有內(nèi)場、臨界場和外場的三層場結(jié)構(gòu)。史瓦西半徑（視界）Rg內(nèi)的區(qū)域就是黑洞的內(nèi)場，它是光子的靜止引力區(qū)[1]，在該區(qū)域的光子最終會墜入超核。銀河系兩大旋臂位于黑洞的外場中。

光圈層是黑洞的臨界場，在這個區(qū)域，存在圍繞黑洞運(yùn)行的光子、電子、質(zhì)子等粒子，以及在更大半徑上運(yùn)動的極性天體。和普通天體極性場的屏蔽機(jī)制及引力場形成原理[1]一樣，黑洞光圈中無數(shù)的粒子和極性天體屏蔽了超核的極性場，從而使得光圈外的大尺度范圍表現(xiàn)為超核的引力場。

2.銀河系的形成原理

黑洞的兩個發(fā)射極不斷噴射出各種光子，在黑洞引力場的斥力作用[1]下，這些光子向外加速運(yùn)動，并不斷凝聚成電子、質(zhì)子等各種粒子，形成兩束強(qiáng)大的粒子流，宇宙學(xué)上稱之為雙極噴流。

我們所觀測到的銀河系兩個巨大旋臂就是黑洞兩極射出的兩束強(qiáng)大粒子流所形成的。如圖所示，隨著粒子流遠(yuǎn)離黑洞，它們逐漸發(fā)散開來，進(jìn)而形成原始星云。從上期《太陽系的起源》可知，在黑洞的引力場中，這些原始星云逐漸形成包括太陽系在內(nèi)的恒星、行星等各種天體，這些天體在黑洞的引力作用下圍繞黑洞運(yùn)行?？梢娝^的“暗物質(zhì)”實(shí)質(zhì)是一個超核。

3.黑洞大爆炸

黑洞形成之后就開始了漫長的演化歷程，最終在其物質(zhì)量超過臨界點(diǎn)的瞬間發(fā)生黑洞大爆炸而終結(jié)。

隨著黑洞的緩慢生長，構(gòu)成黑洞的cn粒子的間隙逐漸減小。當(dāng)超核中心cn粒子間隙為零時，cn粒子場遭到完全破壞，cn粒子反躍變?yōu)樗?，其體積急劇膨脹，引發(fā)黑洞大爆炸。

黑洞大爆炸時所具有的物質(zhì)量是宇宙中一切物體的物質(zhì)量上限；黑洞物質(zhì)量的下限由中子星熔殼原理提供?？梢?，一些人試圖在實(shí)驗(yàn)室制造黑洞的努力是不會有結(jié)果的。但類黑洞的粒子是存在的，那就是質(zhì)子和原子核。

黑洞大爆炸引起如下后果：

（1）黑洞隨著大爆炸而消失，它所孕育的星系王國也隨之瓦解。

（2）黑洞大爆炸標(biāo)志著它將空間(爽子流體)轉(zhuǎn)化為物體(cn粒子)過程的終結(jié)；同時隨著大爆炸，構(gòu)成黑洞的基本單元——由爽子轉(zhuǎn)化而來的cn粒子——又轉(zhuǎn)化回了爽子，從而實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的大循環(huán)。

4.穩(wěn)態(tài)宇宙模型

從現(xiàn)代宇宙學(xué)的觀測可知，星系、星系團(tuán)是構(gòu)成宇宙的基本單元。雖然黑洞是宇宙中物質(zhì)量最大的天體，但相對于無限的宇宙而言，每個黑洞的大爆炸對宇宙物質(zhì)量變化產(chǎn)生的影響是微不足道的。由此可見，宇宙是穩(wěn)態(tài)的。

雖然從未發(fā)生過所謂的宇宙大爆炸，但宇宙中星羅棋布的星系存在此起彼伏的黑洞大爆炸。

[1] 劉泰祥.系統(tǒng)相對論[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2012:185,81,82,68.

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責(zé)編/高妍