黑洞是绝对沉默的,因为它们是纯粹的引力产物。但虽然黑洞本身不产生任何声音,它们却能在周围环境中产生声波。
一个简单的黑洞
黑洞是令人惊讶的简单天体。在我们用来理解所有引力事物的框架——广义相对论中,你只需要三个数字就能完全彻底地描述一个黑洞:它的质量、它的自旋以及它的电荷。说真的,就这样。如果你在宇宙中遇到任何一个随机的黑洞,测量它的质量、自旋速度以及它所带有的电荷量,你就知道它的全部了。这就是你将要了解到的关于黑洞的一切,也是你理解黑洞如何运作所需要知道的一切。
现在,我们对引力理解的旅程还没有结束。我们知道广义相对论是不完整的,因为它预测黑洞中心包含奇点,也就是密度无限的点。密度无限的点在宇宙中并不真正存在,但我们还没有对小尺度上的强引力有准确的描述。物理学家们希望有一天能解开这个“量子引力”的难题,但我们还没有找到解决方案。
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没有光或声音
因此,虽然黑洞可能比广义相对论所暗示的要复杂,但一些理论家提出了“无毛定理”,即即使在高级引力理论中,黑洞也“没有毛发”——也就是说,它们本质上是光秃秃的、非常无趣的。
黑洞就是由引力构成的。它们是时空本身的织锦中的穿孔、缺陷。除非它们带有电荷(通常它们不会,因为如果带电荷,它们会通过吸引相反电荷的物质而迅速中和),否则它们影响周围环境的唯一方式就是通过它们巨大的引力拉扯。
在完全孤立的情况下,是无法听到黑洞的。听觉需要声波的存在,而声波的存在又需要介质来传播。这也意味着,再次强调,在完全孤立的情况下,两个黑洞合并的过程不会释放光和声音。
但幸运的是,黑洞并非孤立存在。它们周围不断有物质流(通常这些物质正要被黑洞吞噬)。而这些物质,无论多么稀薄,绝对能够支撑声波。
压力波
声波只是在介质中从一个地方传播到另一个地方的压力波。任何有介质存在的地方,都有可能产生压力波,这意味着就有可能产生声音。天文学家在各种有趣的场合都观察到了压力波,从太阳表面到填满星系团的巨大气体云。
他们也观察到了环绕超大质量黑洞的巨大气体盘中的压力波。2003年,天文学家绘制了位于2.5亿光年外的一个黑洞周围区域的详细地图。这些气体非常热,以至于发出X射线辐射,天文学家在盘中发现了涟漪和波。这些就是压力——也就是声音——波。这些波的频率大约是每1000万年一次,但在2022年,NASA 的另一支团队将这些波提高了57个八度(相当于144千万亿倍),使其进入人类听觉范围。结果是……令人毛骨悚然。
尽管我们通常听不到这些声音,但它们是真正的声波,只是在真正意义上的天文尺度上。虽然黑洞本身并没有发出这些声音,但它确实是导致了它们。当气体从盘中被吸入黑洞时,它偶尔会相互碰撞,从而将压力波的涟漪向外传播。如果黑洞不在中心驱动整个过程,就像鼓一样,压力波就会停止,巨大的盘就会归于寂静。















