科學:什麼是黑洞?

2021-01-19 半晴半淺

導語:黑洞聽起來像是從科幻故事中直接出來的:物體如此密集,以至於宇宙中的任何東西都無法從它們的引力中逃脫。但是在過去的幾十年裡,天文學家一直在穩步地建立證據,證明黑洞不僅是真實的,而且實際上在宇宙中非常普遍。

現在人們認為,幾乎所有的星系中心都有巨大的黑洞,數百萬甚至數十億倍於太陽。這些野獸中的一些是宇宙中最暴力和最有活力的物體 - 活躍的星系核和類星體,即使它們吸入周圍的氣體也能射出噴流 - 而其他的,通常是較老的,如銀河中心的黑洞方式,是相當安靜的饋線。

星系也被認為包含許多小黑洞的例子,其質量僅比太陽大幾倍。天文學家通過觀察在二元系統中將它們的伴星分開時發出的光,在我們的銀河系中發現了少數這些。其中一些小黑洞被稱為「微類星體」,因為它們生產的微型噴氣機類似於它們較大的表兄弟。

黑洞理論,雖然黑洞的概念最早是在1783年提出的,但是阿爾伯特愛因斯坦1915年的廣義相對論理論將這個觀點置于堅實的理論基礎之上。愛因斯坦表明,重力可以彎曲光路,就像它彎曲任何其他運動物體的路徑一樣 - 我們在日常生活中沒有觀察到這種效應的唯一原因是光線快速移動,重力拉得很弱。

當通過觀察證實這一點時,黑洞的想法變得明顯。如果你將足夠的材料裝在一起,它的引力應該足夠強大,不僅可以彎曲光線的路徑,而且還可以防止它逃逸,就像地球足夠強大,可以將更慢的物體(如棒球)拉回到它的表面一樣。

有規律的黑洞被認為是由重星形成的(也許是從太陽的質量超過太陽的20或25倍開始的那些,但這仍然是一個積極的研究領域)。當這些恆星在超新星爆炸中結束它們的生命時,它們的核心會坍塌並且重力會勝過任何其他可能能夠控制恆星的力量。最終,恆星坍縮得如此之多,光線無法逃脫。

此時,黑洞非常微小; 一個黑洞和太陽的質量將適合一個小鎮,而一個與地球質量的黑洞將適合你的手掌!半徑內的材料將無限期地繼續坍塌,達到我們對物理定律的理解破裂的程度。但是,施瓦茲半徑範圍內的信息無法逃避到外面的世界。

與此同時,超大質量黑洞形成了不同的形式,也許是在宇宙歷史早期許多較小的黑洞的合併中,並且隨著它們從周圍環境吸入氣體而多年來不斷增長。這些物體的形成及其與擁有它們的星系的關係仍然是一個活躍的研究領域。

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    黑洞是什麼?為什麼要給黑洞拍照?
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    只是不理解引力本質是什麼?原因應該科學界也不知道,牛頓時期只描述了引力的計算,愛因斯坦時期認為是時空扭曲,引力壓根不是力,現在大尺度的相對論和小尺度的量子力學也不好統一,還等著我們去探索呢。把時空比作床墊的凹陷不對,物體在床墊凹陷時被吸引是由於本身受到了重力的原因,就即使在無引力的宇宙中做這個實驗仍然無法成功。
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    對於黑洞是什麼這樣的問題,其實我往常都會講一下它的歷史,但由於關於黑洞的歷史我已經講過不止一次了,所以這篇文章我將完全不講歷史。黑洞這個名字給人一種神秘感,覺得會是一個陰森森的神秘物體。這對於一個由生命末期的大質量恆星核心坍縮形成的大質量天體來說,基本上是不可能實現的,因此一般來說,自然界不存在嚴格意義上的史瓦西黑洞。那麼自然界的黑洞都是什麼黑洞?可以確定的是一般都是帶自旋的黑洞,這種稱為克爾黑洞。至於帶不帶電,一般也認為會帶電,但這個我們其實不好確定。
  • 一圖了解:黑洞到底是什麼洞?
    人類史上首張黑洞照片這就是昨天全球七地聯合發布的人類史上首張黑洞照片。這顆黑洞是M87星系中心的超大質量黑洞,它的質量是太陽的65億倍,距離地球5500萬光年。最近兩天,最熱門的照片非下面這張黑洞照片莫屬了!
  • 《科學》雜誌把黑洞的發現評為2019年度科學突破
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