返回第17章 黑洞不是这么黑的(2)(第2/3页)  时间简史首页

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它们全体来的总辐射是可以检测得到的。我们确实观察到这样的一个伽马射线背景:观察到的强度随频率(每秒波动的次数)的变化。然而,这个背景可以,并且大概是由除了太初黑洞以外的过程产生的。如果每立方光年平均有300个太初黑洞,它们所发射的伽马射线的强度应如何随频率变化。因此可以说,伽马射线背景的观测并没给太初黑洞提供任何肯定的证据。但它们明确告诉我们,在宇宙中平均每立方光年不可能有多于300个太初黑洞。这个极限表明,太初黑洞最多只能构成宇宙中一百万分之一的物质。

    由于太初黑洞是如此稀罕,似乎不太可能存在一个近到我们可以将其当作一个单独的伽马射线源来观察的黑洞。但是由于引力会将太初黑洞往任何物体处拉近,所以它们在星系里面和附近应该会更稠密得多。虽然伽马射线背景告诉我们,平均每立方光年不可能有多于300个太初黑洞,但它并没有告诉我们,太初黑洞在我们星系中有多么普遍。譬如讲,如果它们的密度比这个普遍100万倍,则离开我们最近的黑洞可能大约在10亿千米远,或者大约是已知的最远的行星——冥王星那么远。在这个距离上去探测黑洞恒定的辐射,即使其功率为1万兆瓦,仍是非常困难的。为了观测到一个太初黑洞,人们必须在合理的时间间隔里,譬如一星期,从同方向检测到几个伽马射线量子。否则,它们仅可能是背景的一部分。因为伽马射线有非常高的频率,从普朗克量子原理得知,每一伽马射线量子都具有非常高的能量,这样甚至辐射1万兆瓦都不需要许多量子。而要观测到从冥王星这么远来的这些稀少的粒子,需要一个比任何迄今已经建造的更大的伽马射线探测器。况且,由于伽马射线不能穿透大气层,此探测器必须放置到太空。

    当然,如果一颗像冥王星这么近的黑洞已达到它生命的末期并要爆炸开来,很容易检测其最后辐射暴。但是,如果一个黑洞已经发射了100至200亿年,不在过去或将来的几百万年里,而是在未来的若干年里到达它生命终点的可能性真是微不足道!所以在你的研究津贴用光之前,为了有一合理的机会看到爆炸,必须找到在大约1光年距离之内检测任何爆炸的方法。事实上,原先建造来监督违反禁止核试验条约的卫星检测到了从太空来的伽马射线暴。这些每个月似乎发生16次左右,并且大体均匀地分布在天空的所有方向上。这表明它们起源于太阳系之外,否则的话,我们可以预料它们要集中于行星轨道面上。这种均匀分布还表明,这些伽马射线源要么处于银河系中离我们相当近的地方,要么就在它的外围的宇宙学距离之处,因为否则的话,它们又会集中于星系的平面附近。在后者的情形下,产生伽马射线暴所需的能量实在太大,微小的黑洞根本提供不起。但是如果这些源以星系的尺度衡量和我们邻近,那就可能是正在爆发的黑洞。我非常希望这种情形成真,但是我必须承认,还可以用其他方式来解释伽马射线暴,例如中子星的碰撞。未来几年的新观测,尤其是像LIGO这样的引力波探测器,应该能使我们发现伽马射线暴的起源。

    即使对太初黑洞的寻求证明是否定的,看来可能会是这样,仍然给了我们关于极早期宇宙的重要信息。如果早期宇宙曾经是混沌或不规则的,或者如果物质的压力曾经很低,可以预料到会产生比我们由观测伽马射线背景设下的极限更多得多的太初黑洞。只有当早期宇宙是非常光滑和均匀的,并有很高的压力,人们才能解释为何没有可观数目的太初黑洞。

    黑洞辐射的思想是这种预言的第一例,它以基本的方式依赖于本世纪两个伟大理论,即广义相对论和量子力学。因为它推翻了已有的观点,所以一开始就引起了许多反对:“黑洞怎么能辐射东西?”当我在牛津附近的卢瑟福一阿普顿实验室的一次会议上,第一次宣布我的

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