一口氣看完黑洞簡史

昨天晚上黑洞照片發佈之後,這張黑洞照片引爆了整個票圈。

一口氣看完黑洞簡史

很多人才搞明白,其實黑洞不是洞,而是一個天體。

其實黑洞也不是人類最近才開始研究的東西。這中間其實經歷了300多年的歷史。黑洞的探索其實是伴隨著現代科學的進步的。

今天,我們就來好好聊一聊:黑洞簡史

暗星時代

歷史上,第一個意識到一個緻密天體密度可以大到連光都無法逃逸的人是英國的自然哲學家約翰·米歇爾。他在寫給好友的信中提到了,

如果太陽縮小到只有3公里的大小,那麼連光都會跑不出來。

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約翰·米歇爾

後來,法國數學家拉普拉斯在研究牛頓力學時,發現任何天體都有逃逸速度。這是指想要逃離這個天體的最低速度。比如:想要逃離地球所需要的速度就是11.2 km/s。

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第二宇宙速度

想要逃離太陽系需要的速度是16.7 km/s。

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第三宇宙蘇

於是,拉普拉斯認為,

存在一種天體,是表面的逃逸速度大於光速的天體。任何運動物體如果小於此速度,最多隻能繞星體旋轉而不能到遠方去,如果表面逃逸速度大於光速,那麼光線就不能傳到遠方去,遠方得不到它的光線,它就成了完全黑暗的天體。

於是,他把這種天體命名為暗星。並把這個寫到了他的著作《宇宙系統論》裡。

不過,後來當他得知托馬斯·楊通過實驗證明了光是一種波時,他在再版自己的著作時刪去了這一章節。

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拉普拉斯

相對論時代

20世紀初,光的本質才被科學家們破解,科學家發現,光既是波,也是粒子。這就是波粒二象性。也就是說,光也會受到引力的影響。後來,愛因斯坦引力是時空彎曲造成的。

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時空的彎曲

並提出了廣義相對論,其中有個著名的愛因斯坦場方程。

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看看就成,不懂也不妨礙後面的內容

還在世界一次大戰戰場上的科學家史瓦西知道後,開始著手研究這個方程,並找到了幾個奇異性的解,預言黑洞的存在,但是愛因斯坦特別反對這個預言,還專門寫了篇文章否定整個看法。

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史瓦西

愛因斯坦的反對並沒有阻止後來科學家們的研究,當時科學家們發現,恆星也是有壽命的,一旦耗盡燃料,就會收縮,最後的結局可能是白矮星、中子、黑洞。

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恆星的宿命

後來錢德拉塞卡、奧本海默以及沃爾科夫的努力下,終於證明了大質量的恆星能夠坍縮到一點。這個點也被我們稱為奇點。

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天體對於時空的彎曲

1958年,科學家芬克爾斯坦發現,史瓦西找到的特殊解中,有一個半徑的取值,當半徑取到這個數值之後,光就不出跑來,科學家叫這個半徑叫做史瓦西半徑。

以這個史瓦西半徑為球體的球面叫做事件視界,這個範圍內是看不到任何東西的。但是在這個範圍外是可以看到東西,還會有吸積盤。而吸積盤也是天文學家找黑洞時,用到的最重要的線索。

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隨著後來的研究,科學家發現,其實黑洞也有很四種,有旋轉不帶電的,旋轉帶電,不旋轉不帶電,不旋轉帶電。說白了就是轉不轉和帶電不帶電排列組合一下。

黑洞時代

1967年,惠勒在一場演講中使用“黑洞”一詞,黑洞的名字才開始流行起來。

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惠勒

後來,科學家發現,描述一個黑洞只需要用到三個數字:黑洞的質量、自轉電荷。無論黑洞到底咋來的,任意一個黑洞都可以濃縮成這三個量,惠勒管這叫做“

黑洞無毛定理”。

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1972年,霍金以及幾位科學家一起努力,提出了黑洞熱力學四定律。兩年後,霍金通過量子論研究黑洞附近物質的行為,驚訝地發現黑洞是有溫度的,還能產生輻射,這個現象被稱為霍金輻射

這也是黑洞熱力學四定律和霍金輻射也是霍金最大的學術成就。

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霍金

通過霍金輻射,科學家發現,黑洞是會慢慢蒸發的,意味著落入黑洞的信息都會徹底消失。這違反了量子力學的信息不能摧毀的法則。這個問題被稱為黑洞信息悖論

為了挽救量子力學,科學家提出了互補原理全息原理

,不過好景不長,又有人提出了黑洞火牆悖論,目前這個問題還是一個懸案,等待著科學家們的解決。

關於黑洞,我們就說到這裡。

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電腦模擬黑洞吞噬恆星


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