李龍臣 2007年05月21日 10:54
黑洞望遠鏡和黑洞城市暢想
其實，前面介紹的黑洞發電機、黑洞鐳射器，在目前來說，它們與黑洞望遠鏡和黑洞城市一樣，都帶有科幻的性質。這裡，我們就來暢想黑洞望遠鏡、黑洞城市和其他黑洞科幻。
望遠鏡的主要器件是透鏡。所謂黑洞望遠鏡，就是用黑洞作透鏡的望遠鏡。
根據愛因斯坦廣義相對論，一個恒星或星系發出的光，經過另一個引力強大的天體時，光線會發生彎曲。如果從這兩個天體很遠的正前方看去，在中間那個天體的周圍，有日全食一樣的光環，或形成後面那個天體的兩個、甚至四個影像。在這裡，中間那個引力強大的天體，正是起著透鏡的效應，被稱為“引力透鏡效應”。由於引力透鏡效應是愛因斯坦預言的，所以這種效應產生的結果被分別稱為“愛因斯坦環”和“愛因斯坦十字”。又由於它像海洋或沙漠上的“海市蜃樓”、“沙市蜃樓”幻景一樣，所以又叫“萬有引力幻景”或“宇宙蜃景”。哈勃空間望遠鏡曾經拍攝到80億光年外的一個類星體的四個影像；一個100億光年外的星雲，經過50億光年外的重力場的透鏡效應，在哈勃望遠鏡的焦點上成像。
我們知道，透鏡效應是一種放大效應，引力透鏡效應也一樣。天體的引力越大，經過它的光線彎曲越厲害，引力透鏡效應也就越大。
在宇宙中，黑洞是引力最強大的天體，因而具有最強的引力透鏡效應。所以科學家們設想利用黑洞作透鏡，建造威力最強大的望遠鏡。利用黑洞作透鏡，與用恒星和星系作透鏡相比還有一個優點，那就是黑洞不發光，可使觀測目標的圖像不受干擾而顯得更清晰。
黑洞望遠鏡有著重大的應用價值。如利用黑洞望遠鏡可以清查宇宙中星系的數目。目前，由於天文望遠鏡的威力有限，而許多星系距我們非常遙遠，儘管它們發出強烈的光芒，但到達地球後已變得非常暗淡，探測和分辨它們非常困難。因此，科學家對宇宙中到底有多少星系看法不一，相差還很懸殊，有說100多億個、有說800多億個、有說1000多億個、有說約2000億個、有說2000多億個。若能使用黑洞望遠鏡，就能極大地將接收到的暗淡光線放大，從而可以將星系的數目一一地清點出來。
利用黑洞的透鏡效應，可以估算出宇宙的大小。因為黑洞在宇宙中的分佈是大致均勻的，黑洞的數目與宇宙的尺度成平方正比地增加，黑洞越多，出現黑洞引力透鏡效應的幾率越高。根據黑洞引力透鏡效應出現的幾率，就可推算出宇宙的大小。
推算出了宇宙的大小，進而可以推算出宇宙的年齡。因為宇宙的大小和年齡是緊密相關的，是同一事物的兩個側面。根據大爆炸理論，宇宙是在大爆炸中一路膨脹而來的。根據目前宇宙的膨脹速度和大小，就可很容易地推算出宇宙的年齡。
對旋轉黑洞來說，它還具有巨大的旋轉能。英國著名科學家羅傑·彭羅斯提出一種提取黑洞旋轉能的機制。隨後，科幻作家C·米勒斯、K·索恩與研究黑洞的科學家約翰·惠勒，據此在一本叫《引力》的書中提出建設黑洞城市的設想。就是在黑洞周圍建一座環形空間城，用一串鏈結的小車裝載城市垃圾，逆黑洞旋轉方向落向黑洞，在設定的拋射點將垃圾倒出，垃圾被黑洞捕獲，小車則帶著垃圾的品質能和黑洞損失了的巨大旋轉能被回收，帶動發電機的轉子高速旋轉發電。
這種設想既為維繫城市運轉提供了能源，又解決了棘手的城市垃圾問題，非常符合可持續發展的要求，被認為是生態學的光輝成就。
