黑洞(時空曲率大到光都無法逃脫的天體)

2020-12-04 科普趣推

黑洞是如何發現的呢?

公認為發現黑洞的是位叫拉普拉斯的科學家,1798年拉普拉斯提出了一個觀點:「太空中存在著不少黑暗的天體,這些天體有恆星那樣大,數量也非常多,假設有個和地球同樣密度,但是直徑是太陽250倍的星球,這個星球即使發光,我們也看不到,因為它發出的光都被自身引力拉住,而不能往外逃脫。」這是人類最早提出對「黑洞」的概念。

1972年,美國人貝肯斯坦提出黑洞「無毛定理」:星體坍縮成黑洞,最後只剩下電荷、質量、角動量在起作用,而其他的一切密度、磁場、溫度等都失去了作用。這一定理得到了很多科學家的證實。為了研究太空中的光線,美國宇航局專門組建了專門的天文觀測系統。在這種系統的幫助下,人們驚訝地發現,那些看不到的星體甚至會發出比太陽更加耀眼的光,而這些光都是不能直接觀察到的,因此這就證明了宇宙中確實存在看不見的「黑洞」。當然,如今的黑洞概念,是科學家們根據愛因斯坦的相對論推導出來的。霍金是黑洞研究的領袖之一,在一天晚上,霍金突然想到,如果有個人不小心掉進黑洞,那麼他的能量、動量都跑到哪裡去了?如果兩個黑洞相碰的話,會產生什麼樣的後果?後來,霍金對「黑洞」下了一個定義:如果太空中存在這麼一個區域,它無法和無窮遠處發生因果聯繫,那麼這就是黑洞。

如今,科學家們將黑洞分為三類:微黑洞、恆星級黑洞以及巨黑洞。微黑洞是由霍金提出來的,霍金認為這些微型黑洞是宇宙大爆炸的產物之一,和一粒米一樣大小,而質量卻是地球的幾百倍。恆星級黑洞是由大質量恆星坍縮形成的。巨黑洞是指質量可以達到太陽的幾百萬倍以上的黑洞。

黑洞是如何形成的?我們知道,宇宙中存在很多恆星,恆星是個氣體球,溫度很高,因而對外輻射的壓力也很大,當壓力與恆星物質間的引力達到平衡時,恆星就能保持穩定的狀態,如我們所看到的太陽。日前,太陽對外輻射壓力和恆星是靠能量來維持平衡的,然而能量總會有耗盡的一天,當這一天陽間的引力是平衡的,因而我們還能夠看到太陽。

恆星是靠能量來維持平衡的,然而能量總會有耗盡的一天,當這一天到來時,如果恆星的表層反應仍很激烈,那麼恆星就會像氣球一樣不斷地膨脹,此時由於恆星的能量得不到有效的補充,恆星發出的光就不再像以往那般耀眼、炙熱,光會一點一點地減弱,呈現出暗紅色,溫度也會隨之下降。恆星能量逐漸減少,卻不斷地往外膨脹,等到對外輻射壓力抵抗不了恆星的吸引力時,恆星便開始由核心不斷地坍縮。

根據牛頓的萬有引力定律,引力與質量是成正比的。也就是說,相同條件下,質量越大的物體引力越大,且和距離的平方成反比,也就是距離越遠,引力越小。恆星不斷地坍縮,距離就會逐漸縮小,引力就會不斷增大,因而坍縮就會更為嚴重。就這樣,恆星逐漸變得越來越小,密度越來越大,從而讓恆星坍縮的速度越來越快。在坍縮的過程中,由於摩擦加劇,恆星的溫度會越來越高,甚至可以達到一億攝氏度。

當溫度達到極點後,恆星就會像氣球那樣爆炸,無數的碎片撒向宇宙,甚至會落到地球上。在這個過程中,質量較小的恆星會成為白矮星不會成為黑洞,只有那些質量超過太陽三倍的恆星,由於最後沒有什麼能夠與自身的重力相抗衡了,因而會再次發生坍縮。在這一過程中,恆星的直徑會越來越小,直到成為一個小「點」,這個點就是「奇點」,以奇點為中心的範圍內的引力是非常大的,任何東西包括光線都會被它吞噬。光線在這個範圍內產生扭曲,所以我們就無法看到恆星了,這樣黑洞便形成了。科學家把以奇點為中心的這一範圍叫作黑洞表面。

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  • 光為什麼逃脫不了黑洞
    黑洞是現代廣義相對論中宇宙空間內存在的一種天體。黑洞的引力很大,使得視界內的逃逸速度大於光速。即黑洞是時空曲率,大到光都無法從其視界逃脫的天體,黑洞產生的過程是一個穩定的恆星死亡的過程,當某一個恆星衰老到一定程度的時候,它的核心在自身重力的作用下迅速的收縮塌陷發生強烈爆炸。
  • 美國國家地理:黑洞——讓光都無法逃脫的天體(中英字幕高清)
    黑洞是我們宇宙中最奇妙也是最神秘的東西之一。該視頻簡單介紹了黑洞。視頻畫面極美,值得一看。同學們可以多多了解關於神秘的宇宙——黑洞:時空曲率大到光都無法逃脫的天體黑洞是現代廣義相對論中,存在於宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強大,使得視界內的逃逸速度大於光速。
  • 光都無法逃脫黑洞,那麼,科學家又是如何給黑洞拍照的呢?
    黑洞曾經是宇宙中最神秘的天體,在普通人的印象中,黑洞具有很強的吞噬性,以至於光這麼快的速度,都無法從黑洞內逃出,所以,黑洞是無法直接被觀察到的,只能以間接的方式感知它的存在。黑洞最初只是以一種數學上的猜想,以及它的難觀測性存在,直到2019年4月10日,首張黑洞的照片問世,人們才有所了解。
  • 宇宙中神秘的天體——黑洞
    黑洞就是一個洞嗎?黑洞是現代廣義相對論中,存在於宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強大,使得視界內的逃逸速度大於光速。黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體。黑洞是現代廣義相對論中,宇宙空間內存在的一種密度極大體積極小的天體。黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡後,發生引力坍縮產生的。
  • 黑洞是愛因斯坦早期預言的天體他卻不相信黑洞真實存在
    可是對於愛因斯坦來說,諾貝爾獎遠遠無法表達他的偉大。黑洞,是一個引力極強的特殊天體,中心密度無限大,時空曲率無限高,體積無限小的奇點。所有的物理定律都在奇點處處處失效,並且在奇點的周圍存在著一個事件視界區域,無論任何物體進入這個區域,都無法逃離黑洞,甚至是光也無法逃脫。
  • 黑洞連光都無法逃脫,為什麼科學家卻說它是宇宙中最明亮的天體?
    黑洞,宇宙中引力最大的天體,以至於光也無法逃脫,也就是人類根本無法觀測到黑洞。這些攪動的帶電粒子產生湍流的磁場,將氣體集中到兩個指向相反方向的噴射流中。如果這些噴射流恰以一定角度指向地球,那麼我們會看到一個明亮的黑洞。
  • 常識|黑洞的體積大還是小?
    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。
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    ,只不過它的密度極大, 靠近它的物體都被它的引力所約束(就好像人在地球上沒有飛走一樣)。對於地球來說,以第二宇宙速度來飛行就可以逃離地球,但是對於黑洞來說,它的第二宇宙速度之大,竟然超越了光速,所以連光都跑不出來,於是射進去的光沒有反射回來,我們的眼睛就看不到任何東西,只是黑色一片。一些科學家認為光的速度比黑洞慢,所以被吸進去,當速度比黑洞快時就可以穿過黑洞邊緣。
  • 黑洞裡面是什麼?科學家:不知道,只能猜
    黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體。簡單理解就是黑洞是一個球形的天體,其引力極大,可以彎曲周圍的時空,就是光也無法逃脫它的引力。因為黑洞自身的特性,無法被直接觀測到。2019年的那種黑洞照片是科學家通過事件視界望遠鏡歷時2年多才獲得的,拍攝的是距地球5500萬光年的M87*黑洞,其質量是65億個太陽。黑洞應該是目前人類已知最為神秘的天體了,因為光無法逃脫黑洞的強大引力,所以我們一直無法觀測到黑洞內部的樣子。
  • 黑洞的引力到底有多大,以至於光都無法逃脫
    黑洞在宇宙是普遍存在的,只是我們看不見。據說,大的星系中心都有黑洞存在。黑洞在宇宙是普遍存在的,只是我們看不見。據說,大的星系中心都有黑洞存在。我們銀河系中心可能就有黑洞,銀河系的直徑大概有十萬光年,那麼銀河系中心到底是有個多大一個東西,能有如此強大的引力,以至於它能帶動半徑5萬光年的這個範圍內大大小小數不清的星系在圍繞它在轉。但是根據科學家觀察,銀河系中心什麼都沒有。
  • 既然光都逃脫不了黑洞,那麼在照片中,黑洞周圍為什麼有光?
    眾所周知,黑洞正是因為不發光而得以「黑」的。黑洞的逃逸速度大於光速,因而事件視界內的輻射無法逃脫。因此照片中央出現了黑色的陰影,倘若我們真的能看見黑洞,就會是那個陰影的樣子。黑洞附近的關係可能從三四個方向過來,當然取決於你怎麼數了。
  • 有質量才有引力,光子沒有質量,但黑洞能把光吸住,這不矛盾嗎?
    茫茫宇宙,最快不過光速,最神秘不過黑洞,在現代物理學中,光速和黑洞一直以來都是熱門的話題,黑洞是一個密度可以大到連光都無法逃逸的一種天體,可以吞噬一切物質,而光具有目前真空中傳播最快的速度。黑洞可以吞噬一切物質, 那為什麼連光都無法逃脫呢?
  • 什麼是黑洞? 諾貝爾獎為何聚焦黑洞研究?
    10月6日,英國人羅傑·彭羅斯、德國人賴因哈德·根策爾和美國人安德烈婭·蓋茲因在黑洞研究中做出的貢獻而被授予2020年諾貝爾物理學獎。黑洞是什麼?怎麼識別?阿根廷布宜諾斯艾利斯經濟新聞網盤點了上述問題。什麼是黑洞?理論認為,黑洞是恆星演化的最後階段,是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃逸的天體。
  • 太陽、地球能形成黑洞嗎?
    要先解決這兩個問題,我們先看一下黑洞到底是一個什麼樣的天體,形成黑洞的前提是什麼。什麼是黑洞黑洞,顧名思義就是黑。它在物理學中的定義是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體(天體指的是宇宙中的所有個體)。
  • 黑洞是怎麼形成的?為什麼要研究黑洞?
    黑洞之所以被稱之為黑洞主要是由於它是一種完全不反射光線的黑體,總的來說黑洞其實就是指外宇宙空間內存在的一種天體,並且其密度無限大、溫度無限高、時空曲率也無限,最重要的是黑洞裡面還有著強大的吸力,據說任何靠近它的東西都會被席捲吞噬掉,無論恆星行星或是其他天外物質,乃至是光都難逃它的吸力。
  • 黑洞暢想:假如你掉進黑洞會怎樣?你會被傳送到另一個宇宙嗎?
    宇宙中最神秘恐怖的天體是什麼?不是密度數十噸每立方釐米的白矮星,也不是一勺子就有數十億噸的中子星,而是連光都能捕獲的黑洞。從1916年被理論預測到2019年實際觀測到黑洞,人類花費了103年。黑洞是一個時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體,在其中心奇點處,密度無限大,時空曲率無限高,體積無限小,熱量無限大。從這個角度看,任一點落入其中,就註定無法逃脫,因為你不可能比光還快。在黑洞的視界範圍內,物理定律與正常的宇宙空間是不同的,在這裡極有可能會發生一些違反常規的事情。
  • 黑洞是個啥?
    宇宙在時空概念上是無限延伸的,它充滿各種奧秘,人類對它的認知註定是個漫長且無法到達邊緣的。黑洞是愛因斯坦廣義相對論的產物,它是存在於宇宙空間中的一種不可思議的天體。它的引力超強,是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫。
  • 連光都無法逃脫的黑洞是怎麼拍的?
    看不見的黑洞如何證明它存在?  一百多年前,愛因斯坦提出廣義相對論,將引力視為時空扭曲的效應。他的方程預言,一個小而重的物體能隱藏在事件視界(event horizon)之內,在視界內,其引力強大到連光都無法逃脫,這個物體就是黑洞。幾乎所有的星系中心都存在黑洞,在那裡它們可以成長到太陽質量的數百萬或者數十億倍。
  • 從光明到「深淵巨獸」:有一個牧師「看」到了黑洞的生與死
    這就是黑洞的形成,頗像是一個光明的象徵,在死後卻化作了無盡黑暗,將自己曾經所釋放出來的光明,原原本本的吞咽到不知名的地方去。,也無法逃脫黑洞的桎梏。直到1915年,愛因斯坦的廣義相對論誕生之後,「極大的質量集中到一個足夠小的空間中,時空曲率將會變成無限大。結果便是時空中會出現一個「奇點」,那裡的引力強到連光也逃不掉。」的論點被提出來,這是愛因斯坦自己都沒有想到的結論,他當時也並不怎麼相信這樣的「奇點」。
  • 人類第一次拍到宇宙黑洞真實照片公布!什麼是宇宙黑洞?人類在宇宙...
    1916年,德國天文學家卡爾.史瓦西(Karl Schwarzschild)通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解,這個解表明,如果將大量物質集中於空間一點,其周圍會產生奇異的現象,即在質點周圍存在一個界面——「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(John Archibald Wheeler)命名為「黑洞」。