黑洞

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多數星系尚未到達這個階段。

如果所有星系都或遲或早地要經過活動階段，觀測到的類星體數量相對很少這一事實表明，活動階段是很短暫的，只能持續大約幾萬年的時間。但是關於延展的射電噴流的觀測看來又表明中心發動機的運轉時間不可能如此之短，因為噴流就將無法準直地延伸這麼大的距離。然而類星體階段又難以持續得更長，因為燃料供給問題無法解決。綜上所述，活動的類星體狀態必須持續大約1億年，而又只發生在能夠短時期地具備特別有利的條件的少數星系中。按照這個設想，類星體活動在黑洞一旦達到足夠大的質量並且可得到充分的氣體和恆星“燃料”供給時就開始，並隨著燃料供給降低到某一水準之下而熄滅。這樣看來，死亡的類星體應當比活躍著的更多（類星體都位於數10億光年之外，而其壽命只有約1億年，因此所有現在觀測到的類星體實際上都早已熄滅）。

只要重新供給食物，死亡的類星體可以復活。在核心區星團被耗盡之後，需要的是從別處提供物質。星系的相遇是相當常見的事，尤其是在含有數百或數千個成員的星系團裡。最近的觀測顯示，許多類星體都與碰撞的星系有關聯，星系內的活動可以由星系之間的物質轉移而激發，就像恆星X射線源的動力是來自對伴星物質的吸積一樣。

還有一個事實已被注意到，就是在鄰近星系中，那些成對或成群的比孤立存在的要稍微活動一些。這個現象在擁有大量成員的星系團的中心尤為明顯。那裡有著比“正常”星系大100倍的“超巨型”橢圓星系，那些星系的射電輻射特別強，並且周圍有一群衛星系在朝著它們下落。這種超巨星系因而就會透過同類相食，即吞噬鄰近的較小星系而變得更大。可以合理地設想，許多被捕獲的星系中心有著大黑洞，於是那貪吃的星系裡可能就有著多重核心，即包含著多個黑洞，那些黑洞會相互擾亂周圍物質的分佈，從而使吸積率增大。事實上在巨型射電星系裡確已觀測到幾個活動中心。然而，一群黑洞註定最終要併合成單個巨型黑洞，其表面積大於併合前各個黑洞的表面積之和，於是在遙遠的將來總有那麼一天，黑洞吃光了食物，活動星系也就沉寂下來。

而現在，如果黑洞確是類星體的發動機，我們就得到這樣一個看似奇怪的結論：黑洞本身是肉眼所完全不可見的，但若它恰當地被恆星的氣體所圍繞，就會成為宇宙中最明亮的光源。第十八章　引力光

我必須向愛因斯坦先生提一個問題：在您的理論裡引力作用是以多大的速度傳播的？

——H克斯·玻恩（1913）

牛頓理論中的引力是一種在物體之間瞬時地作用的力，如本書前面所述，這個思想是包括牛頓本人在內的眾多物理學家所不能接受的。一個世紀後拉普拉斯對牛頓理論作了修改，使引力作用以有限速度傳播。但是這個主意很快就被拋棄了，因為它提出了一個無人能回答的問題：如果一個物體受到激烈抗動，它的引力場就必須在很短時間裡作出調整，以與該物體的新構型相一致，那麼這種調整是怎樣傳播的呢？

愛因斯坦廣義相對論給出了一幅引力傳播的自洽影象。愛因斯坦給自己提出的問題是，一個加速運動的質量是否能輻射引力波，正如一個加速運動的電荷能輻射電磁波一樣。他在1918年得到的引力場方程的解表明，時空曲率波以光速行進，他發明出了～種“引力光”。

引力波與電磁波之間的類比對於理解現象背後的本質是有幫助的，但也並不很大。引力波的結構及其對物質的作用都比電磁波複雜得多。第一個重要的差異是，引力只是吸引；質量，或稱為“引力荷”，總是具有同種符號，由此造成的結果是，一個基本的引力“振子”，即在一根彈簧兩端振盪的兩個質量，就不會輻射出與兩個異號電荷產生的同樣型別的波（電磁輻射是偶極的，而引力輻射是四極的，引力振子中的每一個質量都單獨地是一個偶極子，不能產生引力波）。

另一個複雜性是，引力子，即假設的引力波的傳媒粒子，有著與其能量相對應的“引力荷”；而光子，即電磁作用的傳媒粒子，卻沒有電荷。於是，由加速質量所產生的引力波本身又是一個引力源，引力又產生引力。用專業術語說，這叫做“非線性”。非線性甚至給看來是最簡單的問題的解決都帶來很大的困難，如像對兩個運動物體所產生的引力場的計算。與電磁場不同，如果兩個質量各自產生一個引力場，則它們的合引力場並不是各自引力場的相加，而是還必須考慮兩個質量相互作用的引力，而這是隨著它們的運動而不斷變化的。這