讀古今文學網 > 黑洞與時間彎曲 > 人馬 >

人馬

經過20年的航行,飛船減速飛進了銀河系中心。你遠遠看見氣體和塵埃混合著從四面八方流向一個巨大的黑洞。卡麗絲調好火箭,將飛船帶入視界上方的圓形軌道。你測量了軌道的周長和週期,把結果代進牛頓的公式,確定了黑洞的質量:100萬個太陽質量,與謝切特黑洞圖上說的一樣。由於沒有在下落的氣體和塵埃裡看到龍捲風似的漩渦,你推測黑洞不會旋轉太快;視界應該是球狀的,而周長一定是1 850萬千米,是月球環繞地球軌道的8倍。

進一步檢查下落氣體後,你準備向視界靠近。為了安全,卡麗絲在你的太空艙和飛船主機DAWN間建立了激光聯繫。然後,你脫離飛船,調轉太空艙,讓它的噴氣對著飛船軌道運動的方向;接著輕輕啟動,使你的軌道運動慢下來,平穩地螺旋式地向裡(向下)經過一個又一個圓形軌道。

一切都如預料的那樣正常。但等到周長為5 500萬千米的軌道——剛好是黑洞視界周長的3倍,火箭的推動卻沒有將你引入一個更小的軌道,而是要命地將你投向視界。你害怕極了,趕緊調轉方向,以最大力量衝出來,回到5 500萬千米以外的軌道。

「究竟出了什麼事兒?!」你通過激光問DAWN。

「提克哈依,提克哈依,」她安慰你說,「你的軌道是根據牛頓的引力定律設計的,但牛頓的描述只是宇宙真實引力定律的一種近似。1在遠離視界的地方,它是很好的近似,但在視界附近,它卻糟透了。更精確的描述是愛因斯坦的廣義相對論,在視界附近,它能以很高的精度與真實的引力定律一致。它預言,在接近視界時,引力作用會變得比牛頓預言的更強。為了保持圓形軌道,以離心力對抗強大的引力,你必須加強離心力,也就是說,你必須提高圍繞黑洞的軌道速度:當你下落經過3倍視界周長的軌道時,你必須調轉太空艙的方向,向前加速;如果你還向後減速的話,在你經過那個軌道時,引力將超過離心力,把你拉下去。」7

「該死的DAWN!」你想,「她總能回答我的問題,卻從來不主動提出一些關鍵信息。我要犯錯誤時她從不警告!」你當然知道這是為什麼。假如計算機都在我們犯錯誤之前提出警告,人類生活該是多麼枯燥乏味!早在2032年,世界委員會就通過法案,在每台計算機裡都植入霍布森障礙,2不許計算機警告。儘管DAWN也許很願意警告你,但她實在不能克服霍布森障礙。

你壓住怒火,調轉太空艙,開始一系列的操作:向前加速,向下盤旋,進入內軌道;再向前,再盤旋,進入下一個軌道……從3個視界周長降到2.5,2.0,1.6,1.55,1.51,1.505到1.501到……太令人失望了!你越飛越快,軌道越來越小;在飛行速度接近光速時,你的軌道卻只到1.5個視界周長。因為不能比光速更快,看來你沒有希望靠這種辦法走近視界了。

你又向DAWN求救,她一樣安慰你,然後解釋,1.5個視界周長以內根本沒有圓形軌道。那兒的引力作用太強,沒有離心力可以同它對抗,哪怕你以光速繞著黑洞旋轉。DAWN告訴你,如果想走得更近,你必須放棄圓形飛行軌道,而應該直接朝視界落下去。靠火箭向下噴氣,你可以避免災難性的墜落。火箭的反衝力可以為你克服一些引力,讓你慢慢落下,然後漂浮在視界上方,就像宇航員漂浮在月球上飛行的火箭裡。

現在,你學會小心了。你問DAWN,這樣持續強烈的火箭噴射會有什麼後果?你解釋說,你想漂在1.000 1視界周長的某個位置,在那兒,能經歷視界的多數效應,而且還可以逃出來。「如果憑火箭支持太空艙,那麼加速度的力量會有多大呢?」「1.5億地球引力。」DAWN輕輕回答。

真令人洩氣!你點燃火箭,盤旋著飛回了飛船。

好好睡一覺。醒來後,你拿廣義相對論的黑洞公式算了5個小時,在謝切特黑洞圖上找了3個小時,又與船員們討論了1個小時,最後確立了下一步航行計劃。

接著,船員把你在「人馬」的經歷傳給世界地理學會(你們樂觀地假定它還存在著)。報告最後講了你的計劃:

你的計算表明,黑洞越大,你漂浮在1.000 1視界周長上所需要的火箭動力越小。8為了不超過10個地球引力(這雖然也痛苦,但還能忍受),黑洞必須有15萬億(1.5×1013)個太陽質量。最近的這樣的黑洞叫「巨人」,遠在距我們10萬(105)光年的銀河系以外,也遠在銀河系圍繞的1億(108)光年的室女座星系團以外;實際上,它在類星體3C273附近,距銀河系20億(2×109)光年,大約是我們可以觀測的宇宙邊緣距離的10%。

船員在報告中解釋,你的計劃就是去「巨人」。前一半旅程以lg加速,後一半以lg減速,這樣,在地球看來,旅行需要20億年,而幸好因為有了速度產生的時間捲曲,你們在船上只需42年就夠了。9如果世界地理學會不願40億年的漫長冬眠(飛船到「巨人」20億年,信息發回地球20億年),他們就收不到你們的下一次消息了。

[1] 見第2章。

[2] 16-17世紀英國租馬房經營者霍布森(T.Hobson)規定租馬不允許挑選;英語成語有Hobson\'s choice,指毫無選擇餘地的狀態。這裡說Hobson\'s block,大概意思是不可避免的阻礙。——譯者