常識|黑洞的體積大還是小?

2021-01-15 騰訊網

今年的諾貝爾物理學獎頒布給羅傑·彭羅斯、雷因哈德·根澤爾和安德裡亞這三位科學家,以表彰他們在天體物理學,特別是利用廣義相對論進行黑洞理論研究以及發現銀河中心超大質量黑洞方面取得的偉大功績。

黑洞是什麼?

黑洞是現代廣義相對論中,存在於宇宙空間中的一種天體,是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小,熱量無限大的奇點和周圍一部分空空如也的天區,這個天區範圍之內不可見。

黑洞是宇宙中一種非常特殊的天體,它的時空曲率非常大,大到連光都無法逃脫。這句話不是太好懂,打兩個簡單的比方。比如站在地面上扔石頭,無論你用多大的力氣,石頭都會落回到地面,原因是因為石頭的速度不夠大,沒有超過地球的「逃逸速度」。這個「逃逸速度」指的是描述一個天體引力強弱的一種量,它是取決於這個天體的質量以及它的大小。設想宇宙裡邊有一種天體,它的質量非常的大,但是大小又非常的小,那麼這就意味著它的引力就非常的強,它的逃逸速度如果是大於或者等於光速的話,那麼即使天體本來是發光的,光子也逃脫不出這個天體對它的引力的束縛,所以這個天體看起來就是黑的,這就是黑洞

對於黑洞的嚴格意義上的研究,應該從1915年算起,那一年愛因斯坦提出來了著名的廣義相對論。第二年德國的物理學家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild),他第一次得到了愛因斯坦提出的場方程的一個嚴格解。發現了黑洞的存在,從那以後科學家們就一直對這個問題進行不斷的研究。

宇宙中,天文學家們根據質量將宇宙中的黑洞分成三類:恆星級質量黑洞(幾十倍至上百倍太陽質量)、超大質量黑洞(幾百萬倍太陽質量以上)和中等質量黑洞(介於前兩者之間)。

如何確認黑洞的存在?

黑洞的名字,乍一聽,黑的洞,那是不是表明沒法看見;如果沒法看見,那怎麼就知道它存在呢?主要有三類代表性證據。

第一,恆星、氣體的運動透露了黑洞的蹤跡。黑洞有強引力,對周圍的恆星、氣體會產生影響,於是我們可以通過觀測這種影響來確認黑洞的存在。

第二,根據黑洞吸積物質(類似於「吃東西」)發出的光來判斷黑洞的存在。

第三,通過看到黑洞成長的過程「看」見黑洞。

還有很多類似的證據,無不說明了黑洞真實存在。

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    黑洞是宇宙中客觀存在的一種天體,黑洞的體積有大有小。最小的黑洞小到瞬間就能被蒸發殆盡,而大的黑洞則可以主導整個星系的運行。每一個星系的中心都存在著一個星系級的黑洞,它依靠自身強大的引力來使周圍的物質高速運轉,而這些物質又帶動外圍的天體運行起來,以此類推,一個星系便開始了有序的運行。宇宙中黑洞的體積有大有小,但是這裡所說的體積實際上並不是黑洞的實體,而指的是黑洞視界的體積。
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  • 黑洞奇點體積無限小,質量卻無限大,它為何能「裝」進這麼多東西
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  • 黑洞奇點體積無限小,它為何能「裝」進這麼多東西
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    本文是基於網友邀答這樣一個問題:如果黑洞與黑洞相撞並且撞的是洞口而不是洞邊會怎麼樣呢?這個問題看起來煞有介事,也很有意思,但卻是一個沒有沒有科學常識認知的問題,也可以說是一個無釐頭的問題。可以看出,提這個問題的朋友們根本不知道黑洞是什麼。
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  • 體積最小的東西,卻是宇宙中的主宰者?究竟是為何擁有如此神力?
    而這些恆星在不斷演化一直到後期後,通常情況下會演變成這三種天體,白矮星、中子星和黑洞。變成白矮星的恆星一般質量比較小,太陽質量15倍的恆星會變成中子星,而超過30倍會變成黑洞。這三種天體的密度都極大,其中白矮星是一種簡併態物質,中子星就類似巨大的原子核,那麼黑洞中是什麼呢?在很久以前,人類是不存在黑洞的概念,因為人類的科技水平無法察覺到黑洞的存在。
  • 體積像保齡球,質量卻如10個地球,第九大行星或是這種類型的黑洞
    所以,黑洞的確是一種十分可怕的天體,如果真有這樣的天體來到我們地球附近,那無疑將是可怕的毀滅性災難。然而,近日美國有兩位天文學家表示,還未被發現的太陽系第九大行星很有可能就是一個黑洞,它的質量相當於10個地球,然而體積只有保齡球大小,但是它的引力卻和10個地球相等。
  • 量子理論黑洞的內部永遠都在增長而外表卻體積不變
    對於黑洞這種神秘的天體,最早是產生於愛因斯坦的廣義相對論中的預言。之後的事件可以女人緣才在宇宙張真正的觀察與探測到了黑洞這個天體的真實存在。通常的理論認為黑洞的產生是由於恆星的自身引力向內塌縮造成的。而愛因斯坦的理論中則認為引力的作用來源於時空的彎曲,但由於黑洞這種天體的引力實在太過於強大所以導致了是空的極度彎曲,也就是形成了人們所了解到的黑洞的樣子。
  • 對於一個體積為1立方釐米的黑洞,可以存在非常久的時間?
    根據史瓦西半徑公式:r=2GM/c^2對於一個體積為1立方釐米的黑洞(事件視界所圍成的空間),它的史瓦西半徑為0.62釐米,質量為4.177×10^24千克,相當於地球質量的70%。有答主認為這麼小的黑洞會瞬間蒸發,但其實這是錯誤的。根據霍金輻射原理推導出的黑洞壽命公式:由此可以計算出體積為1立方釐米的黑洞所擁有的壽命達到了6.13×10^57秒,即1.94×10^50年,這要比目前宇宙的年齡長得多。因此,這個黑洞並不會因為霍金輻射而瞬間蒸發,它可以存在非常久的時間。
  • 遇到直徑一釐米的黑洞,太空人會被吞噬麼?科學家:地球都跑不了
    宇宙是非常浩瀚的,據科學家們多年的探索研究,認為宇宙是無邊無界的,那麼在如此廣闊的宇宙中會存在一些非常神秘的天體,比如說黑洞就是其中一個,相信有科學常識的朋友們都多多少少對黑洞有些了解,它具有強大的吞噬性,讓人對其感到非常的恐懼,那麼假如遇到直徑一釐米的黑洞,太空人會被吞噬麼?