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物理学关于黑洞的10个事实

2017-04-07   标签:黑洞    来源:zmescience.com
黑洞和虫洞拥有不少共性。也许,黑洞就是虫洞,虫洞就是黑洞。
10 Physics-bending Facts about Black Holes

物理学关于黑洞的10个事实

黑洞是宇宙中最神秘、最诡异的东西之一。科学研究为我们逐渐揭开其面纱,以下是有关黑洞的十大知识。

黑洞质量差异极大

根据质量,黑洞可被分为三类:

恒星级黑洞:燃料耗尽时,恒星可能会坍缩成黑洞。所有黑洞刚开始都很小,然后随着吞噬周围物质而不断增大。

超大质量黑洞:质量为太阳的几十万至几十亿倍。

中介质量黑洞:质量超过恒星级黑洞,但小于超大质量黑洞,首次发现于2014年。质量是太阳的几百倍至几十万倍。

*原生黑洞:这是一种假说中的黑洞,形成于宇宙大爆炸时。

理论上,最小的黑洞可能仅为普朗克长度——1.6×10^-35米,物理学的最小距离单位。但若要证明这点,我们得先证明引力量子论的存在。

黑洞几乎隐形

没有东西能够逃脱黑洞的引力,光也不例外,“黑洞”名副其实。但这并不代表我们无法探测黑洞。举例而言,天体物理学家能够通过周围被撕裂的恒星物质及能量流探测到黑洞。气体微粒在黑洞周围形成漩涡,并喷射出强大的X光。此外,科学家还可以观察附近的恒星运动,对黑洞进行探测。

黑洞绝不“空”

别被名字骗了。所谓黑洞,是极小体积内集中了极大质量。因此,黑洞的引力场非常强大,以至于没有东西能够逃离。

银河系中心有一个超大质量黑洞,质量是太阳的四百万倍

几乎每个星系中心都有一个超大质量黑洞,质量通常是太阳的几百万倍。银河系的超大质量黑洞位于人马座A*,距离太阳系2.6万光年,质量是太阳的四百万倍。

黑洞概念早已存在

1967年,普林斯顿物理学家约翰·惠勒发明了“黑洞”这个术语。但早在此之前,就已有科学家描述过大质量物体压缩在小体积内的现象,并对此进行了推论。

1915年,爱因斯坦发表了广义相对论,而卡尔·史瓦西则用这些方程式证明了黑洞的存在。之后,他又推算出了施瓦茨席尔德半径,即物体坍缩成黑洞的阈限值。理论上,只要条件符合,任何物体都可以变成黑洞。地球若想成为黑洞,需压缩为半径8.9毫米的球体;而太阳的施瓦茨席尔德半径为3千米。

记住,迄今为止,我们没有“发现”过任何黑洞。严格说来,在科学领域中,我们只有“观察”到某物,才能说“发现”了它。不过,关于黑洞的间接证据太多了,很少有天体物理学家能够否认它的存在。

此外,早在约1790年代,英国的约翰·米歇尔和法国的皮埃尔-西蒙·拉普拉斯就各自提出了“暗星”的存在。他们计算了逃逸速度超过光速所需的质量和体积。但由于他们采用的是牛顿定律,因此计算结果并不对。

物体落入黑洞时,会在消失之前变成条状

黑洞中心是引力奇点,这是一个一维的点,巨大质量被压缩在无限小的空间里。密度和引力变得无穷大,时空也变得无限弯曲。在这里,物理学定律不再适用。接近奇点时,物体会变成条状伸展开来。如果你落入黑洞,那么由于光线弯曲,你将看到扭曲的画面。最终,物体将完全失去维度,消失在奇点。

黑洞并不会吸东西

人们通常有一个误解,认为黑洞像一个巨大的真空吸尘器。确实,黑洞能够以极快的速率拉扯物体,但这完全是由于引力的作用。理论上,如果你将太阳替换成一个同等质量的黑洞,那么太阳系内的所有东西都将照常运行。

黑洞能够停止时间

假设你能够安然无恙地身处黑洞并观察周围物体,那么你将发现物体在通过事件视界时会减缓速度、凝固在时间里,仿佛它们从未通过事件视界。这是由于时空扭曲,光到达你眼睛所需的时间变得无限长。随着时间的推移,光波变得越来越长,光变得越来越暗淡,最终变成红外辐射、无线电波,消失在视野里。

黑洞可能是虫洞

理论上,虫洞是连接不同时空的隧道。有些物理学家认为,黑洞和虫洞拥有不少共性。也许,黑洞就是虫洞,虫洞就是黑洞。

真是越来越诡异了。

黑洞可能会孵化出新宇宙

我们的宇宙或许诞生自一个黑洞,而宇宙中数以亿计的黑洞或许又能够各自孵化出它们的宇宙。上文曾提及,物理定律会在奇点失效。但有些物理学家推测,物理定律或许得以在新宇宙中“重生”。


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