愛因斯坦是如何預測到黑洞的存在的?

木門為閒


黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言的一種現象,愛因斯坦用廣義相對論為黑洞進入科學領域鋪平了道路,而這並不是他真正的意圖

1915年,愛因斯坦發表了一系列廣義相對論的演講,聲稱空間和時間是一個連續體,可被任何有質量的東西扭曲,扭曲的結果就是引力,即引力是空間和時間扭曲的結果,並迫使一切物體,從光到行星,甚至從樹上掉下來的蘋果,沿著彎曲的路徑穿過空間。

當愛因斯坦發展廣義相對論的時候,花了大約十年的時間用一種叫張量微積分的數學形式近似地解出自己方程的解,即使是最優秀的科學頭腦,也會對數學感到困惑。然而,這一挑戰並沒有阻止愛因斯坦同時代的一位天文學家——一位名叫卡爾·史瓦西的理論物理學家,史瓦西本質上是一個現實主義者,但他非常擅長處理理論概念,當愛因斯坦1915年發表關於廣義相對論的文章時,史瓦西是第一個認識到它們重要性的人之一。

史瓦西是一位德國愛國者,所以當第一次世界大戰爆發時,他把手上的天文學研究放在了一邊,而選擇了參軍。當他讀到愛因斯坦的論文時正在比利時、法國和俄羅斯前線參加戰鬥。儘管如此,史瓦西還是被廣義相對論的本質所吸引,開始為它的方程尋找精確答案。在患了重病被送回家休養兩個月後,史瓦西終於能夠集中精力完成他的計算,在1916年去世前不久,史瓦西完成了他的工作,同年晚些時候出版了:《論愛因斯坦理論中的點質量引力場》成為現代相對論研究的支柱之一,史瓦西在其中提出了他對愛因斯坦未解方程的解。

當愛因斯坦寫下他的廣義相對論時發現了描述引力的新方法,即引力是空間和時間扭曲的結果,物質和能量存在於時空背景中,有三個空間維度和一個時間維度,物體的質量會扭曲時空結構——質量越大的物體對時空影響越大。就像放在蹦床上的保齡球會拉伸織物,使其產生凹陷,行星和恆星也會扭曲時空——這種現象被稱為“短程線效應”。因此,圍繞太陽運行的行星不會受到太陽的引力;只是沿著太陽質量引起的彎曲時空變形運轉。行星從未落入太陽的原因是由於行星的運行速度,簡潔地說就是“物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何移動。”

史瓦西意識到物體表面的逃逸速度取決於它的質量和半徑。例如,地球的逃逸速度約為每秒11.2公里——這是火箭在離開地球之前必須達到的速度。但是,如果能使給定質量的半徑足夠小,逃逸速度就會增加,直到達到光速,即每秒30萬公里,在那時,物質和輻射都無法從物體表面逃逸。此外,原子力或亞原子力無法使物體承受自身的重量。因此,物體坍縮成一個無限小的點——原來的物體從視野中消失,只留下它的重力來標記它的存在。結果,會在時空結構中創造了一個無底洞,稱為奇點。史瓦西還解釋說,一個奇點被一個球形引力邊界所包圍,這個邊界會永遠困住任何進去的東西,這個邊界叫做視界( event horizon)。史瓦西還提出了一個公式,可以計算出視界的大小,這就是史瓦西半徑,是時空無底洞的邊緣,太陽的史瓦西半徑為3公里,即它的視界就在離它表面三公里的地方,地球的史瓦西半徑是9毫米。

史瓦西的論文中包含了激進的預測,時空無底洞的想法困擾了許多科學家包括愛因斯坦,愛因斯坦本人並不相信黑洞的存在,儘管他自己的理論預言了黑洞的存在,但他強烈反對這一觀點。1939年,愛因斯坦在《數學年鑑》上發表了一篇文章,試圖證明這樣的時空無底洞是不可能存在的。因為它公然違背了人類經驗——世界是有限的,一切都可以稱重和測量。

1967年美國物理學家約翰·惠勒將史瓦西提出的”引力完全坍縮的物體“的原始說法進行改進,將之命名為黑洞。科學家們大約五十年來都沒有意識到它在恆星演化中的重要性,直到最近才意識到它對宇宙發展的巨大影響。現代的科學共識是——黑洞確實存在,而且是宇宙最重要的特徵之一,天文學家已經能夠以不同方式間接地探測到它們,因此黑洞的存在是毫無疑問的。


科學閏土


黑洞並不是愛因斯坦預言的,只不過愛因斯坦的方程中有黑洞的位置,德國科學家史瓦西利用愛因斯坦的方程計算時得出了一個解,如果大量物質聚集在空間一個點,那麼就會形成強大的引力,其逃逸速度將超過光速,這就是黑洞。

這就是所謂的連光都無法逃脫黑洞控制說法由來,愛因斯坦也對黑洞這玩意的存在很苦惱。黑洞與引力波不同,後者愛因斯坦做了預言,畢竟愛因斯坦的方程是側重對時空的解讀,但黑洞則不是。

黑洞是愛因斯坦方程中的一個特殊的存在,由於連光都無法逃脫,那麼美國科學家惠勒將其稱為黑洞。

霍金給黑洞進行了新的定義,認為黑洞不是黑的,而是灰的,可以稱之為灰洞。由此也可以看出,霍金是一個黑洞研究方面的科學家,並非愛因斯坦那樣顛覆掉一個體系。


太空伊卡洛斯


今天的晚上21點整,中國科學院上海天文臺直播人類拍到的第一張銀心半人馬座a黑洞照片的消息持續霸屏,天文愛好人士都對此有強烈的興趣,都想一睹盛傳已久的黑洞真容。


1915年11月,愛因斯坦在普魯士科學院的演講中提到了廣義相對論與“引力場方程”,顛覆了人們對宇宙的認識。

1916年,德國卡爾·史瓦西在愛因斯坦的引力場方程中得到了一個真空解:如果大量物質集中一個質點,這個點周圍就會形成奇異的“視界”界面,光在這個界面也不能逃脫。由於不可見,美國物理學家惠勒稱之為“黑洞”。


愛因斯坦是怎樣預測到宇宙中的黑洞呢?

人類對浩渺的宇宙有無盡的嚮往和疑惑,在長期的觀察和思考中總會有新的發現和謎題。

1905年愛因斯坦在提出狹義相對論後,就著手研究將引力場與狹義相對論結合起來,於是就有了引力場由於時空的扭曲的廣義相對論。

先前愛因斯坦就發現了牛頓絕對時空理論的錯誤:水星的近日點的運行中,百年一遇的43秒剩餘誤差一直沒有合理解釋,廣義相對論的引力場方程卻能完美給出闡釋。引力場方程中,光線可在引力場彎曲,比牛頓計算正大一倍。後來的引力紅移也證實了廣義相對論的正確。


愛因斯坦推算出了物質分佈關係著時空引力場方程。時空扭曲程度取決於物質的質量密度、動量密度在時空的分佈,時空的曲率度反過來決定物體運動軌跡。如果時空曲率小,廣義相對論與牛頓運動定律沒有區別;如果時空曲率較強大,又會有較大差異。水星近日點的43秒進動差就是光線引力偏折、光譜引力紅移、雷達回波延遲形成。

20世紀50年代,射電天文學剛起步,通過視界輻射物間接發現到了黑洞這種天體的存在。今天的21點整公佈黑洞第一張照片,有沒有跟我一樣期待?


弄潮科學


這並不是愛因斯坦才預測到黑洞的存在,而個人只有相信道。道有陰陽喑明物質的基礎存在,陽盛時會孔雀開屏,陰衰則天狗摘日。

太極就有陰陽八卦圖,天生道,道生陰陽萬物。老子曰:道可道,非常道;名可名,非常名。道可道,仍是進道出道均要順道;名可名,仍是揚其名亦可毀其名。非常道,指看似變道無常則又是道有規律有秩序;非常名,指名正言順則不亂。因此,做人做事不可倒行逆施,要順應天意。反之,便吸進黑洞被吞噬!






太宇永恆


具個人所知,黑洞不是愛因斯坦預言的。廣義相對論場方程存在一個史瓦西解,而這個解則預言了黑洞的存在。據說愛因斯坦曾經對這個解非常頭痛。場方程可以很好的解釋引力所造成所有現象。而當球體質量達到一個界限時,就出現了連光都無法逃脫的現象。這就是黑洞。因為廣義相對論的基礎是真空光速恆定。而引力實質是質量引發的時空扭曲。那麼這一現象就不可避免。當時愛因斯坦稱之為質量奇點,雖然沒見過,但又不得不存在。因此,他本人對此很頭痛。


王曉強30


黑洞是超大宇宙的發動機,能吞噬一些,最後大爆炸有又重新誕生一切………



國泰民安369


愛因斯坦:我沒預測黑洞啊……

提問者:你有!!你絕對有,你忘記而已。

愛因斯坦原本沒預測黑洞,而是一個小夥子根據愛因斯坦的相對論公式,預言出當某個物體質量大到一定程度,就會導致光被引力扭曲“吸”回去,形成現在所說的黑洞。所以愛因斯坦並沒預測黑洞,黑洞純粹是相對論意外收穫。


十面埋伏過


會不會整個宇宙其實就是一個生物體,外宇宙又另外是個生物體。人類現在觀測到的黑洞就是這個生物體的一隻眼睛。地球好比生物體的一個水分子細胞,太陽好比電子細胞,或許人類最小單個細胞就是一個宇宙。


869美美家裝


預言黑洞的是霍金,愛因斯坦的廣義相對論是理論基礎,簡單的些說就是愛因斯坦說了空間會扭曲的假設,霍金根據這個假設提出了最牛逼的扭曲空間的星體就是黑洞


楊冬162040680


會不會人類看到星系外還有更大質量的星系,只是看到的星系外星系產生龍捲風一樣的引力,把咱們看到的吸引了住了,所以產生了黑洞


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