老婆餅裡沒有老婆,黑洞它也不是洞!

2021-02-25 BubbleLearning

年紀大了,對時間的感知似乎在逐漸衰弱,還沒多大感覺,轉眼就年關將近。購置年貨,添件新衣,免不了又是一大筆破費。去年才信誓旦旦發過的毒誓,在今年年貨節剁手時又忘得一乾二淨。

要不人家常說,網購就是無底洞,黑的讓你乖乖掏錢。有錢的變沒錢,沒錢的更加沒錢,真正黑洞的性質我感覺也相差無幾。

畢竟,我的錢包裡的黑洞才是最多的。

什麼是黑洞?

完美、誘人,充滿魔力的「洞」

首先要糾正大家的觀點,真空不空,黑洞非洞。黑洞實際上並不是什麼洞,而是存在於宇宙中的一種體積極小、密度極大的天體。由於黑洞具有極大的引力,扭曲了周圍的時空曲率,因此光也無法逃脫。

在引力場中,時空是由物體的質量分布決定的,物體質量的分布狀況使時空變得不均勻,引起時空的彎曲。物質密度越大的地方,時空也就越大,即時空曲率產生了引力。1916年,德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦場方程的一個真空解:如果一個靜態球對稱星體實際半徑小於一個定值,其周圍會產生奇異的現象,即存在一個界面「視界」,一旦進入這個界面,即使光也無法逃脫,這種「不可思議的天體」被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為「黑洞」。

黑洞源於恆星。

太陽是恆星家族的一員,它向外散發出的光熱能量來自自身的熱核反應,熱核反應的產生需要持續消耗恆星本身的燃料和能量。恆星年輕時,熱核反應向外擴張的張力與質量帶來的向內壓縮的引力相平衡,使得恆星擁有穩定的大小。恆星衰老後,熱核反應的燃料和能量被耗盡,恆星無法支撐其外殼的巨大質量便會向內塌縮,直到爆炸死亡。有些恆星由於質量太大,會向其內部的中心點無限坍縮,直到最後形成一個體積接近無限小、密度幾乎無限大的天體。當恆星的半徑一旦收縮到史瓦西半徑,即使光線也無法從中逃逸,黑洞就此誕生。史瓦西半徑是任何具有質量的物質都存在的一個臨界半徑特徵值。在物理學和天文學中,尤其在萬有引力理論、廣義相對論中它是一個非常重要的概念。 一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比。以地球為例:要把直徑12742公裡的地球壓縮成黑洞,就得把地球壓縮到只有9毫米。

人類歷史上首張黑洞照片

2019年4月10日,人類的首張黑洞照片面世,這個黑洞位於室女座一個橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質量約為太陽的65億倍。

「嘿,我正在看著你!」

那場直播,全球網友一起見證了歷史,網友們更是把黑洞的這張照片起名為「甜甜圈」。很多人把目光聚焦在橘紅色光圈上,認為那就是黑洞,事實上並不是這樣。由於黑洞的巨大引力,視界以內人類沒有觀測手段,我們根本無法直接觀測到黑洞的真實面貌。橘紅色光圈只是黑洞的「事件視界」,也被稱之為「視界面」,黑色區域才是真正的黑洞。當天體距離黑洞引力過近,便會被黑洞吸積,形成吸積盤。天體會被黑洞強大的引力撕碎,然後被逐漸吞噬,橘紅色光圈只是正在被黑洞吞噬的天體發出的光和輻射。

電影《星際穿越》裡的巨型黑洞

克里斯多福·諾蘭導演的電影《星際穿越》中,有一顆遠遠圍繞黑洞旋轉的行星:米勒。這顆行星上的1小時等於地球上的7年,主人公庫珀只在這顆星球上活動了3個多小時,但是在地球上卻早已經過去了20多年。由於黑洞強大的引力效應對時空造成的彎曲,越是靠近黑洞,時間就會變得越慢。在黑洞的奇點(沒有人見過奇點)處,時間會徹底停止,廣義相對論也會失效。如果黑洞持續發射粒子,它將失去質量、收縮且溫度變得更高。足夠的時間和足夠多的發射量之後,黑洞將完全消失,毫無任何返回信息,黑洞成為宇宙信息的終結之處。

人類因思考而偉大,以上的這些想法,或許有一天終究會被捨棄,但它們是我們現在最強大的思想,它們反映了我們今天的人類如何去努力理解的我們所處的宇宙。

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