黑洞是天体还是洞?

用户2405732786790


黑洞是恒星演化的一种终极形态,是大质量恒星演化到终极时,其恒星核引力坍缩形成的尺度无穷小,密度无穷大,引力强到任何物质(包括光线)也无法脱离其表面的一种特殊天体。

就是说,只有大质量恒星才有可能演化成为黑洞。

黑洞是大质量恒星死亡的一个产物。它们死亡过程是引力的作用结果。恒星是依靠内部核聚变反应产生的向外的辐射压与向内的引力相平衡来保持稳定的。当大质量恒星因核燃料消耗殆尽而停止内部的核聚变反应时,向外的辐射压消失,在向内的引力作用下,恒星外部物质会向内坍缩,直到撞击到以铁为主的恒星核。此时的铁是以电子简并态存在的,不可压缩,当外部物质撞击到铁核时,会发生几乎是理想的弹性碰撞,会以几乎相同的速度反向冲出恒星。此时的恒星会发生无比强烈的内爆,这就是超新星爆发。

在超北新星爆发中,一部分撞击能量会使铁核继续聚变,成为比铁重的元素,如银、金、汞、铅等,一直到铀。这些新合成的元素中有相当一部分会随着爆炸物质扩散到宇宙中,与原有的星际气体云混合起来,共同构成形成下一代恒星的原料。如果下一代恒星形成时,还伴随有行星形成,它们也会存在于行星上。这就是地球上重元素的由来。

恒星核在撞击中继续坍缩,如果坍缩的恒星核质量大于3.2倍太阳质量,引力将使物质继续被压缩,它将无可避免地成为一个黑洞。数学计算表明,这个黑洞的尺度将无限小,物质密度将无限大。其表面脱离速度(该天体的第二宇宙速度)将大于等于光速,使所有物质(包括光线)都无法脱离其表面。用相对论来说,其周围的时空将被极度压缩,成为一个点状,如同时空中的一个洞一样。

此时的物质不会以原子态存在,物质密度为无穷大。因为缩小到一个点,所以无所谓体积。它的引力场对周边物质影响范围由其质量决定。如果它的质量足够大,它的周围一定范围内的脱离速度都会大于等于光速,这个范围就是这个黑洞的“视界”。

第一张图中弯曲时空下面的黑色部分就是这个黑洞的视界。视界如同一个黑色的球状体包围着黑洞,从外界只能通过引力或黑洞吸引恒星物质形成的光亮吸集盘得知它的存在,但无法用眼睛看到。

你图中的那个“洞”实际上是黑洞视界附近被黑洞弯曲变形的时空,洞是不存在的。

当一个恒星形成黑洞时,它只会保留(继承)三个性质:质量、角动量、电荷。而其电荷可能也会因为与宇宙中各种带电粒子的作用而逐渐被中和,成为电中性的。就是说,黑洞除了质量和角动量(使其高速旋转)外,很可能不具有其他性质,包括磁场。

由于目前的物理学理论只能计算到恒星成为黑洞的一瞬间,所以在黑洞中物质的存在形式目前还不知道。但可以肯定的是,当黑洞形成时,其中的物质被高度压缩,不可能仍以原子或亚原子粒子的形式存在了。


天然石材罗辑思维


黑洞是广义相对论方程预测的理论实体(天体)。当一颗质量足够大的恒星遭受引力坍缩,其大部分或全部质量被压缩到足够小的空间区域,从而在该点产生无限的时空曲率(“奇点”)时,黑洞就形成了。如此巨大的时空曲率使得任何东西,甚至光,都无法逃离“事件视界”或边界。

黑洞从未被直接观测到,尽管对其影响的预测与观测相符。有一些替代的理论,如磁层永久坍塌物体(MeCoS),来解释这些观测,其中大多数避免黑洞中心的时空奇点,但绝大多数物理学家认为,黑洞的解释最有可能是对正在发生的事情的物理表征。

相对论之前的黑洞

在17世纪,有人提出,一个超大质量的物体可能会吸引光线进入它。牛顿光学是光的微粒理论,把光看作粒子。

约翰·米歇尔在1784年发表了一篇论文,预言一个半径为太阳500倍(但密度相同)的物体在其表面会有光速的逃逸速度,因此是不可见的。然而,随着光波理论的兴起,人们对这一理论的兴趣在20世纪就消失了。

当在现代物理学中很少被提及时,这些理论实体被称为“暗星”,以区别于真正的黑洞。

相对论中的黑洞

在1916年爱因斯坦发表广义相对论后的几个月内,物理学家卡尔·施瓦茨席尔德(Karl Schwartzchild)提出了一个求解爱因斯坦球质量方程(称为施瓦茨柴尔德度量)的方法,结果出人意料。

图注:卡尔·施瓦茨席尔德。

表示半径的术语有一个令人不安的特点。似乎在一定半径下,这个项的分母会变成零,这会导致这个项在数学上“爆炸”。这个半径称为史瓦西半径(施瓦茨席尔德半径)rs,定义为:

rs=2 GM/c^ 2

G是引力常数,M是质量,c是光速。

由于施瓦茨席尔德的工作被证明对理解黑洞至关重要,所以施瓦茨席尔德这个名字被翻译成“黑盾”是一个奇怪的巧合。

黑洞特性

整个质量M位于rs内的天体被认为是黑洞。事件视界是rs的名字,因为从这个半径来看,黑洞引力的逃逸速度就是光速。黑洞通过引力把质量吸引进来,这些质量都逃不掉。

黑洞通常用一个物体或质量“落入”它来解释。

Y看着X掉进黑洞

  • 在X上观察理想的时钟减慢,当X击中rs时时间冻结
  • Y 观察来自 X 红移的光,在 rs 处达到无穷大(因此 X 变得不可见 - 然而,不知何故,我们仍然可以看到它们的时钟。理论物理不伟大吗?)
  • X在理论上察觉到了明显的变化,尽管一旦它穿过rs,它就不可能从黑洞的引力中逃脱。(即使光线也无法逃离视界。)

黑洞理论的发展

20世纪20年代,物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)推断,任何质量超过1.44个太阳质量(钱德拉塞卡极限)的恒星都必须在广义相对论下崩溃。物理学家阿瑟·埃丁顿认为,一些性质可以防止崩塌。根据各自的理论方式,二者都是对的。

  • 图注:物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)

罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)在1939年预言,一颗超大质量恒星可能会坍塌,从而在自然界形成一颗“冰冻恒星”,而不仅仅是在数学上。崩塌的速度似乎减慢了,实际上在穿越rs的时候时间上冻结了。恒星发出的光在rs会经历一次严重的红移。

不幸的是,许多物理学家认为这只是施瓦茨柴尔德度量的高度对称性质的一个特征,他们相信在性质上,这种崩溃实际上不会因为不对称而发生。

直到1967年,也就是rs发现近50年后,物理学家史蒂芬·霍金和罗杰·彭罗斯才表明,黑洞不仅是广义相对论的直接结果,而且无法阻止这种崩溃。脉冲星的发现支持了这一理论,不久之后,物理学家约翰惠勒在1967年12月29日的一次演讲中为这一现象创造了“黑洞”一词。

随后的工作包括发现霍金辐射,其中黑洞可以发射辐射。

黑洞推测

黑洞是一个吸引想要挑战的理论家和实验者的领域。今天,所有的共识都认为黑洞存在,尽管黑洞的确切性质仍然存在疑问。一些人相信落入黑洞的物质可能会在宇宙的其他地方重现,比如虫洞。黑洞理论的一个重要补充是霍金辐射理论,由英国物理学家史蒂芬·霍金于1974年提出。

综上所述,黑洞是一个实体,我们常常所说落入黑洞,是物体落入了黑洞事件视界内(rs),即黑洞的边缘。“黑洞”只是科学家用来描述这个神秘实体词汇,不要误会成它是一个洞。


科技领航人


任何物质大量积聚运动,都会形成漩涡状态,中心必然中空,原子是这样,星系也是这样。所以,前辈科学家们指的黑洞理论肯定是错误的,没有依据的臆想臆测,所谓中子星更是臆说;电子显微镜都没看到原子核,哪来的中子质子,夸子量子……请问谁看见了,全是推测说;原子是存在的,其它全是臆说!


悟鸽


黑洞是一种比较特殊的天体。黑洞由较大质量以上恒星坍缩形成,曲于恒星坍缩中物质向中心集合,直到形成体积无限小而密度无限大的星体。当它的半经收缩到小于史瓦西半经,质量导致的时空弯曲使得即使光也无法逃出。

黑洞形成后会随其自转而发生吸积,随时间增长而逐渐蒸发,以至爆炸。黑洞的性质客观上促进了星系等的形成和发展。

2020-1-30


手机用户54578927414


黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速。“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。

所以黑洞是天体。

你说的能穿越的洞不是黑洞,而是虫洞,这是两个不一样的概念。

科学家们幻想的能够实现空间穿越甚至时间穿梭的洞就是指虫洞。而黑洞只是因为引力巨大导致空间塌缩,它是巨大恒星死亡后形成的天体。物质被它吸入就会被压缩成一个无限小、接近零的点,所以理解起来像是个无底洞。

当然,我们对黑洞的了解尚浅,这些都只是猜想和推论。也许黑洞的构造以后会被推翻的,也许那个所谓的无限小的奇点正是另一个宇宙的入口,这也是不一定的,要等许多年后进一步的探索才能真正解答。


万大明vlog


黑洞是质量大于太阳20倍的恒星燃尽核聚变原料走向衰亡坍缩形成的引力巨大的一种天体,不是人类所知的洞穴形式,其坍缩形成的巨大引力使得时空弯曲可以撕裂靠近星球连光都会被吸收,因为没有光的反射天文射电望远镜都无法观察到黑洞的位置,只能根据进入黑洞引力圈内的星球产生的电磁波探测到黑洞的存在,黑洞只是近些年人类宇宙探索枝术的提高才逐渐地加深对黑洞的了解,相信不久会解开黑洞之迷


栖雁林


黑洞是天体,黑洞之所以被称之为黑洞是因为它是一颗质量很大的天体,它让光没有办法逃逸,所以没有办法供我们观察,所以观察它只能看到像一个黑色的洞的景象。

黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后,发生引力坍缩产生的。它的质量极其巨大,体积却极其小。


宇宙多大脑洞多大


黑洞是个洞,但是它也是一个天体。在科学的说:它是物质的另外一种表现形式。



科学无止境


黑洞是一种特殊的天体,引力极强,连光也无法逃逸。黑洞外,时间是不可逆的,空间是可逆的,黑洞内,空间是不可逆的,也就是说你永远只会向黑洞的重心运动,但时间是可逆的。


科学杂谈高考加油站


天体!只是因为质量太大连光都被吸进去了。所以进入很洞的结果其实就是撞上超大质量天体,所以也就没有穿过黑洞的说法。对这一问题的回顾就再一次证明《星际穿越》里基恩索普是如何胡说八道了。


分享到:


相關文章: