現在科學家分析出宇宙中不存在黑洞,這需要進壹步證明,但學術上我們可以有不同意見。
首先,解釋壹下黑洞的形象:
黑洞有巨大的引力,甚至連光都會被它吸引。黑洞裏隱藏著壹個巨大的引力場,這個引力場是如此之大,以至於任何東西,哪怕是光,都逃不出黑洞的手掌心。黑洞不會讓其邊界內的任何東西被外界看到,這也是這類物體被稱為“黑洞”的原因。我們無法通過光的反射來觀察它,只能通過周圍受其影響的物體來間接了解黑洞。據推測,黑洞是死亡恒星或爆炸氣團的殘余,是在壹顆特殊的大質量超巨星坍縮時產生的。
從物理角度解釋壹下:
黑洞其實是壹顆行星(類似於行星),但是密度非常非常高,靠近它的物體都會被它的引力束縛(就像地球上的人不會飛走壹樣),無論用多快都逃不掉。對於地球來說,以第二宇宙速度(11.2km/s)飛行可以逃離地球,但是對於黑洞來說,它的第三宇宙速度大到超過光速,所以連光都跑不出去,所以射進來的光沒有反射回來,我們的眼睛除了黑什麽也看不見。
因為黑洞是看不見的,所以壹直有人質疑黑洞是否真的存在。如果他們真的存在,他們在哪裏?
黑洞的過程類似於中子星。恒星的核心在自身重量的作用下迅速收縮,劇烈爆炸。當核心的所有物質都變成中子時,收縮過程立即停止,被壓縮成壹個致密的星球。但在黑洞的情況下,由於星核的質量如此之大,以至於收縮過程無休止地進行,中子本身在擠壓引力本身的吸引下被磨成粉末,剩下的就是密度難以想象的物質。任何靠近它的東西都會被它吸進去,黑洞會變得像吸塵器壹樣。
為了理解黑洞的動力學以及它們如何阻止內部的壹切逃離邊界,我們需要討論廣義相對論。廣義相對論是愛因斯坦創立的引力理論,適用於行星、恒星和黑洞。愛因斯坦在1916提出的這個理論,說明了空間和時間是如何被大質量物體的存在所扭曲的。簡而言之,廣義相對論說物質會彎曲空間,空間的彎曲反過來會影響穿過空間的物體的運動。
讓我們看看愛因斯坦的模型是如何工作的。首先考慮時間(空間的三維是長、寬、高)是現實世界中的第四維(雖然很難畫出通常三個方向之外的另壹個方向,但可以盡量想象)。其次,考慮時空是體操表演用的壹張巨大繃緊的彈簧床的床面。
愛因斯坦的理論認為質量會彎曲時間和空間。我們不妨在彈簧床的床面上放壹塊大石頭來說明這個場景:石頭的重量使繃緊的床面下沈了壹點。雖然彈簧床表面基本是平的,但其中心還是略凹。如果在彈簧床的中央多放些石頭,會有更大的效果,使床面下沈更多。事實上,石頭越多,彈簧床面彎曲越多。
同理,宇宙中的大質量物體會扭曲宇宙的結構。就像10石頭比1石頭更能彎曲彈簧床壹樣,質量比太陽大得多的天體比質量等於或小於壹個太陽的天體更能彎曲空間。
如果壹個網球在繃緊的彈簧床上滾動,它將沿直線運動。相反,如果它通過壹個凹的地方,它的路徑是弧形的。同理,天體在穿越時空的平坦區時會繼續直線運動,而穿越彎曲區的天體會以彎曲的軌跡運動。
現在我們來看看黑洞對周圍時空區域的影響。想象在彈簧床上放壹塊非常重的石頭來代表壹個非常密集的黑洞。石頭自然會對床面產生很大的影響,不僅會使其表面彎曲下沈,還會導致床面破碎。類似的情況也可以發生在宇宙中。如果宇宙中存在黑洞,那裏的宇宙結構就會被撕裂。這種時空結構的破裂被稱為奇點或時空奇點。
現在讓我們來看看為什麽沒有東西能逃出黑洞。就像網球滾過彈簧床會掉進大石頭形成的深洞壹樣,穿過黑洞的物體會被它的引力陷阱抓住。而且,拯救不吉利的物體需要無限的能量。
正如我們已經說過的,沒有任何東西能進入黑洞並從中逃脫。但科學家認為黑洞會慢慢釋放能量。英國著名物理學家霍金在1974中證明了黑洞具有非零的溫度,並且溫度高於其周圍環境。根據物理學原理,所有溫度高於周圍環境的物體都會釋放熱量,黑洞也不例外。壹個黑洞會發出幾百萬萬億年的能量,黑洞釋放的能量叫做霍金輻射。當黑洞消散了所有的能量,它就會消失。
時空之間的黑洞讓時間變慢,讓空間變得有彈性,同時吞噬壹切穿過它的東西。1969年,美國物理學家約翰·阿蒂·惠勒將這個永不滿足的空間命名為“黑洞”。
我們都知道黑洞不能反光,所以擔心?t:是哪家醫院?復制壹份5?⒐?書名是什麽?床怎麽了?訴訟茄子?乽Mü?葉的墓是什麽?發生了什麽事?醋怎麽了?拿掉撬棍?⒚ ⒚ ⒚ ⒚ ⒚ ⒚ ⒚ ⒚ ⒚?哎?
霍金指出,黑洞的放射性物質來源是壹種固體粒子,在太空中成對產生,不遵循通常的物理規律。而且,這些粒子碰撞後,有的會消失在茫茫太空中。壹般來說,在這些粒子消失之前,我們可能沒有機會看到它們。
霍金還指出,黑洞產生時,真實粒子會相應地成對出現。其中壹個真實粒子會被吸進黑洞,另壹個會逃逸,壹堆逃逸的真實粒子看起來就像光子。對於觀察者來說,看到逃逸的真實粒子就像看到黑洞發出的光線。
所以引用霍金的壹句話“壹個黑洞並沒有想象中的那麽黑”,它其實發射出了很多光子。
根據愛因斯坦的能量和質量守恒定律。當壹個物體失去能量時,它也會失去質量。黑洞也遵守能量和質量守恒定律。當黑洞失去能量時,它就不存在了。霍金預言,黑洞消失的那壹刻,會產生劇烈的爆炸,釋放出相當於百萬顆氫彈的能量。
但是不要滿懷期待的擡頭,以為會看到煙火表演。其實黑洞爆炸後,釋放的能量非常大,很可能對身體有害。而且能量釋放時間也很長,有的會超過10億年到200億年,比我們宇宙的歷史還要長,能量完全消散需要幾萬億年。
“黑洞”很容易被想象成“大黑洞”,其實不然。所謂“黑洞”就是這樣壹個天體:它的引力場強大到連光都逃不掉。
根據廣義相對論,引力場會彎曲時空。當恒星較大時,其引力場對時空的影響很小,恒星表面某壹點發出的光可以直線向任意方向發射。恒星的半徑越小,對周圍時空的彎曲作用越大,在某些角度發出的光會沿著彎曲的空間返回到恒星表面。
當恒星的半徑小於某個值(天文學上稱之為“史瓦西半徑”)時,甚至會捕捉到垂直面發出的光。這時,恒星變成了黑洞。說它“黑”是指任何東西壹旦掉進去,都逃不掉,包括光。其實黑洞真的是“看不見”的,這個我們後面會講到。
那麽,黑洞是如何形成的呢?事實上,和白矮星、中子星壹樣,黑洞很可能是由恒星演化而來的。
當恒星老化時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫),中心產生的能量也快用完了。這樣,它就不再有足夠的強度來承受外殼的巨大重量。因此,在外殼的沈重壓力下,核心開始坍塌,直到最後形成壹個小而致密的恒星,它能夠再次平衡壓力。
質量較小的恒星主要演化成白矮星,質量較大的恒星可能形成中子星。根據科學家的計算,中子星的總質量不可能大於太陽質量的三倍。如果超過這個值,就沒有與自身引力抗衡的力,就會導致另壹次大坍縮。
這壹次,根據科學家的猜測,物質將無情地向中心點前進,直到它變成壹個小體積,並趨於非常致密。而當它的半徑收縮到壹定程度時(壹定要小於史瓦西半徑),正如我們上面提到的,巨大的引力使得連光都無法射出來,從而切斷了恒星與外界的壹切聯系——壹個“黑洞”誕生了。
與其他天體相比,黑洞太特殊了。比如黑洞具有不可見性,人們無法直接觀察到,甚至科學家也只能對其內部結構做出各種猜測。那麽,黑洞是如何隱藏自己的呢?答案是——彎曲空間。眾所周知,光是直線傳播的。這是壹個基本常識。但是根據廣義相對論,空間在引力場的作用下會發生彎曲。此時,雖然光仍然沿著任意兩點間最短的距離傳播,但不是直線,而是曲線。形象地說,似乎光本來應該是直線前進的,但是強大的引力把它拉離了原來的方向。
在地球上,因為引力場很小,所以這種彎曲很小。在黑洞周圍,這種空間變形非常大。這樣,即使恒星發出的光被黑洞遮擋,雖然壹部分會落入黑洞消失,但另壹部分光會在彎曲的空間中繞過黑洞到達地球。所以我們很容易觀察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在壹樣。這就是黑洞的隱形性。
更有趣的是,壹些恒星不僅直接向地球發送光能,還會向其他方向發送光線,這些光線可能會被附近黑洞的強大引力折射而到達地球。這樣,我們不僅能看到這顆星星的“臉”,還能看到它的側面,甚至它的背面!
“黑洞”無疑是本世紀最具挑戰性和最令人興奮的天文理論之壹。許多科學家都在努力揭開它的神秘面紗,新的理論不斷提出。但是,這些當代天體物理學的最新成果,在這裏不是三言兩語就能說清楚的。感興趣的朋友可以參考特別的作品。
黑洞根據組成可以分為兩類。壹個是暗能量黑洞,壹個是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋轉的巨大暗能量組成,內部沒有巨大的質量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋轉,內部產生巨大的負壓吞噬物體,從而形成黑洞。詳見於《宇宙黑洞論》。暗能量黑洞是星系形成的基礎,也是星系團和星系團的基礎。物理黑洞是由壹個或多個天體坍縮形成的,質量巨大。當壹個物理黑洞的質量等於或大於壹個星系的質量時,我們稱之為奇異黑洞。暗能量黑洞非常大,可以有太陽系那麽大。但是物理黑洞很小,可以化為奇點。
連生
拉梅什·納拉揚和艾略特·誇塔爾的翻譯
黑洞通常被發現是因為它們聚集在氣體周圍產生輻射,這個過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率將嚴重影響吸積流的幾何和動力學特性。目前已經觀測到輻射效率高的薄圓盤和輻射效率低的厚圓盤。當吸積氣體接近中心黑洞時,它們的輻射對黑洞的旋轉和視界的存在極其敏感。吸積黑洞的光度和光譜分析為旋轉黑洞和視界的存在提供了有力的證據。數值模擬還表明,吸積黑洞中經常出現相對論噴流,部分是由黑洞旋轉驅動的。
天體物理學家用“吸積”這個詞來描述物質向中心引力體或中心擴展物質系統的流動。吸積是天體物理中最常見的過程之壹,也正是因為吸積,才形成了我們身邊很多常見的結構。在宇宙早期,當氣體流向暗物質引起的引力勢阱中心時,星系就形成了。即使在今天,恒星仍然是由氣體雲在自身重力下坍縮和碎裂,然後由周圍氣體吸積而成。包括地球在內的行星也是由新形成的恒星周圍的氣體和巖石積聚而成的。但當中心天體是黑洞時,吸積就會展現出它最壯觀的壹面。
然而,黑洞並不吸收壹切。它們也向外發射質子。
爆炸黑洞
黑洞會發光發亮,體積縮小,甚至爆炸。當英國物理學家斯蒂芬·霍金在1974年做出這種語言的時候,整個科學界都震驚了。黑洞曾經被認為是宇宙的最終歸宿:沒有任何東西能從黑洞中逃脫。它們吞噬氣體和恒星,質量增加,所以空洞的體積只會增加。霍金的理論是靈感主導的思維飛躍。他結合了廣義相對論和量子理論。他發現黑洞周圍的引力場釋放能量,同時消耗黑洞的能量和質量。這種“霍金輻射”對於大多數黑洞來說可以忽略不計,而小黑洞則以極高的速度輻射能量,直到黑洞爆炸。
奇妙的收縮黑洞
當壹個粒子在沒有償還借來的能量的情況下逃離黑洞時,黑洞將從其引力場中失去等量的能量,愛因斯坦的公式E = MC 2表明,能量的損失將導致質量的損失。所以黑洞會變得更輕更小。
煮沸直到毀滅
所有的黑洞都會蒸發,但大黑洞沸騰得很慢,它們的輻射很弱,很難被探測到。但隨著黑洞變小,這個過程會加速,最終失控。當黑洞變得微不足道時,引力也會變得更加陡峭,產生更多的逃逸粒子,從黑洞中掠奪的能量和質量也就越多。黑洞越來越瑣碎,使得蒸發速度越來越快,周圍的氣場也變得越來越亮越來越熱。當溫度達到10 15℃時,黑洞將在爆炸中毀滅。
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黑洞,顧名思義,是壹種具有超強吸引力的無形物質。自從愛因斯坦和霍金通過推測和理論推導出這種物質的存在,科學家們就壹直在不斷探索,尋求避免我們這個星球的毀滅。
也許妳會問,黑洞和地球毀滅有什麽關系?我告訴妳吧,這有很大關系。等妳了解他了就明白了。
黑洞,其實就是壹團引力很大的物質(目前為止還沒有發現引力更大的物質),形成壹口深井。它是由壹顆質量和密度都很大的恒星不斷坍縮形成的。當恒星內部的物質核心極度不穩定時,就會形成壹個被稱為“奇點”的孤立點(詳見愛因斯坦的廣義相對論)。他會吸入壹切進入視界的東西,任何東西都無法從中逃脫(包括光)。他沒有具體的形狀,看不出來。他只能根據周圍行星的方向來判斷它的存在。也許妳會因為它的神秘而驚恐地叫出聲來,但其實沒必要太擔心。雖然有很強的吸引力,但也是判斷其地位的重要證據。即使它對距離地球非常近的物質產生了影響,我們仍然有足夠的時間去挽救它,因為那時它的“官方邊界”離我們還很遠。而且大部分恒星坍縮後都會變成中子星或者白矮星。但這並不意味著我們可以放松警惕(誰知道下壹刻我們會不會被吸入?),這也是人類研究它的原因之壹。
我們已經了解了他可怕的吸引力,但是沒有人知道被吸入後會是什麽樣子。對此,學者和科學家也是莫衷壹是,眾說紛紜。有人認為他吸入的物質會被破壞。其他人認為黑洞是通往另壹個宇宙的通道。我們不知道被吸入後會發生什麽,也許只有那些被吸入的物質才能理解吧!
黑洞只是千千壹萬個謎團中的壹個,但我們不知道探索它的壹小部分秘密需要多長時間。壹代人的力量有限,但百萬代人的力量壹定會成功。我相信在不久的將來,我們和我們的後代將會充分探索黑洞和整個宇宙的奧秘。
恒星、白矮星、中子星、誇克、黑洞依次是五種密度相當的恒星。當然,恒星是密度最低的,黑洞是物質的終極形態。黑洞之後會發生BIGBANG,能量釋放後會進入新的循環。
此外,黑洞是指電子郵件丟失或新聞組公告在網絡中消失的地方。