黑洞,想必它對於天文愛好者來說並不是一個陌生的詞彙,這是一個廣泛存在於宇宙之中的特殊天體,黑洞的特殊之處有二,第一是黑洞無法被常規天文手段所觀測,這裡所指的常規天文手段是指包括光子、紅外線等電磁波觀測手段,第二是黑洞強大的引力場會將任何物質碾碎,所以我們也無法利用太空飛行器探測,其實這兩點是有一點天文常識的讀者都知道的,但實質上,這兩點都源於一處,即逃逸速度。
黑洞的特性源於逃逸速度
只有有質量的物體都帶有引力,如果太空飛行器想要飛出地球,那麼太空飛行器就要克服地球的引力,如果太空飛行器想要飛出太陽系,那麼太空飛行器就要克服太陽系的引力,所以逃逸速度也就是物質想要克服引力所需要的最低速度,引力的大小與天體的質量成正比,天體的質量越大,引力也就要大,所以物體需要的逃逸速度也就越大,兩者成正比,這裡就不給大家列舉逃逸速度的計算公式了。
眾所周知,黑洞是大質量恆星在末期發生超新星爆炸後形成的,根據黑洞的質量進行計算所需要的逃逸速度,那麼物體擺脫黑洞引力所需要的逃逸速度甚至要大於光速,也就是說,就連光都會被黑洞吸進去,這也是黑洞無法被觀測的原因,在相對論的物理體系之中,沒有任何物質的速度可以大於光速,所以我們可以認為:沒有任何物質可以逃離黑洞的引力場,也就是說:黑洞可以將宇宙之中任何已知的物質全部吸入,並且碾成粉末。
黑洞吞噬一切的性質,是否意味著人類無法進行內部進行探索呢?
其實也不然,雖然黑洞神通廣大、變化無窮,但也並非是完全無法觀測的,目前來看人們觀測黑洞都是使用間接方式,雖然電磁波的觀測方法無法奏效,但是黑洞並非是虛擬的,而是真真實實存在與宇宙之中的,所以黑洞強大的引力場是真實的,黑洞周圍天體受到黑洞引力場作用進行運動是可以觀測的,所以天文學家可以通過黑洞附近天體運動的情況進行分析,然後通過計算機進行計算、模擬,就可以得知黑洞的質量及其他數據了,但是想要進入黑洞內部進行探測的確是極其困難,但並非是絕不可能。
史瓦西黑洞真的存在嗎?
目前,我們最熟悉的黑洞是史瓦西黑洞,這是一種基於廣義相對論方程解出的靜止黑洞解,我們可以在腦海中想像這樣一幅畫面:在宇宙中懸掛著一個質量極大、但是體積極小的緻密奇點,這個奇點向周圍釋放著廣發而均勻的引力場,企圖將周圍的所有物質吸引起來,這就是一個完美的史瓦西黑洞模型,但我們拋開腦海中那幅美麗的畫面細細想來,宇宙中真的存在一種幾乎於完美的靜止黑洞嗎?
答案可想而知,即使這種史瓦西黑洞真的存在,那數量也應該是極少的,因為黑洞的前身是恆星,恆星在發生超新星爆炸時一定是劇烈運動的,不可能是靜止不動,所以形成的黑洞也很難是絕對靜止的,大多數情況下應該是旋轉的,帶有角動量的,這種旋轉帶有角動量的黑洞被名為:克爾黑洞。
克爾黑洞與史瓦西黑洞的不同
克爾黑洞與史瓦西黑洞有兩點不同,第一點:史瓦西黑洞是靜止的,所以史瓦西黑洞的引力場是靜止、均勻、緻密的引力場,在這樣的引力場下,不可能有物體可以靠近黑洞後還能離開,但克爾黑洞則不同,克爾黑洞是旋轉的、帶有角動量的,所以克爾黑洞的引力場是運動的、不均勻的引力場,這就為太空飛行器靠近黑洞且離開創造了理論上的可能性,太空飛行器完全有可能進入黑洞之後利用克爾黑洞的角動量獲得能量,並且離開。
克爾黑洞與史瓦西黑洞的第二點不同就是:史瓦西黑洞只有一個事件視界,一旦進入了事件視界之內,那麼就意味著物體將徹底於外界隔絕,強大的引力會將時空扭曲,這是一個無法聯繫,只能進、不能出的無底洞,而克爾黑洞不同的是,克爾黑洞擁有兩個事件視界,分別為內、外視界,內視界是克爾黑洞奇異性質的界限,一旦進行了內視界,與史瓦西黑洞的事件視界無疑,但克爾黑洞的外視界則不同,外視界是不可逃脫的界限,但是從外視界進入內視界是需要一段時間,雖然物體進入外視界後同樣無法逃脫,但是卻可以利用這段時間做點事情,如果我們能將量子糾纏機制研究的通,或許我們真的可以進入黑洞,然後利用超距通訊,在那僅有的一點時間內做點事情,一睹黑洞內部的真容。