黑洞相撞是撞洞口還是撞邊緣,有什麼不同,是一個什麼過程?

2020-12-01 時空通訊

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

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。他或許認為黑洞就像《西遊記》裡面的無底洞,中間有個黑乎乎的洞口,四周有一個邊緣,因此才會異想天開的認為,不要碰到邊緣直接進洞口,就沒必要驚天動地,就可以悄悄救出唐僧吧?

在這裡我要告訴這位朋友:

黑洞不是一個洞。

黑洞在空間本來是看不見的,只是一個似乎什麼都沒有的「場」。實際上黑洞是一個球形的引力場,這個引力場對周圍空間物質具有極端引力,因此如果黑洞周邊有星際物質的話,不管是恆星、行星、星雲、星際渣滓,都會被它吸引過去,慢慢吞噬掉。

巨大的引力和角動量會帶動這些物質圍繞著它旋轉,速度極快,可達一半光速或接近光速,這樣這些物質就會碰撞粉碎成基本粒子,並放射出耀眼的可見光以及肉眼看不見的高能射線,包括X射線和伽馬射線。

因此人類通過各類望遠鏡就可以看到這個黑洞了。實際上看到的不是這個黑洞,而是黑洞周圍高速旋轉發光發亮的吸積盤。這個黑洞吸積盤之所以像一個盤子,並不是黑洞是一個盤子,黑洞是一個球,由於其高速旋轉,巨大的離心力就把這些被吸附的物質甩成了一個盤狀。

在吸積盤的亮光中,若隱若現的能看到中間有一個黑黑的球狀物,那裡面才是黑洞,球狀空間空空如也,裡面什麼也看不見,因為事實上裡面也沒有什麼,所有物質都集中到了中心那個沒有體積的奇點上。人類能夠觀測到的是還沒有進入黑洞球面的物質,這個球面是人眼能看到和不能看到臨界面,又叫黑洞視界。

黑洞實質是一個奇點,沒有體積。

根據愛因斯坦場論,當物質壓縮到極端緻密時,原子會破碎,形成依靠中子簡併壓而存在的緻密天體,這就是中子星。當中子星到達奧本海默極限,就會繼續坍縮,物質被壓縮到自己質量的臨界半徑裡,形成無限塌縮態勢,最終形成一個沒有體積或體積無限小的奇點。

何謂臨界半徑?1916年,物理學家卡爾·史瓦西認為,任何物體都有自己質量的臨界半徑,物體一旦被壓縮到自己質量的臨界半徑,就會無限坍縮為一個奇點,並在其周圍形成一個奇異的曲率空間。他根據愛因斯坦引力場方程,得出了質量臨界點半徑計算公式,表述為:R=2GM/C^2。

這裡R為半徑大小值,G為引力常量,M為物體質量,C為光速。人們把這個臨界半徑叫史瓦西半徑,在這個半徑球狀空間,引力無限大,任何落入這個空間的物質都會無限墜落到中心那個無限小的奇點,消失在另一個世界,連光也無法逃逸,因此黑洞不被人類所看見。

這就是黑洞的由來,如果黑洞周圍真的很乾淨,沒有一點星際物質,人們就無法看到它。

因此黑洞相撞不是實體的相撞,而是引力場的相撞。

黑洞奇點無限小,怎麼能夠相撞呢?黑洞相撞是黑洞視界的相撞,這個視界是黑洞史瓦西半徑的臨界邊緣,這個邊緣是無限引力場的邊緣,因此黑洞相撞實際上是引力場的相撞。

由於黑洞引力場邊緣,也就是黑洞視界外充滿了高速旋轉的物質和能量,實際上這還是我們世界能夠觀測到的物質,這些物質碰撞在一起,就會爆發出巨大能量,甚至激發出伽馬射線暴。

伽馬射射線暴是我們宇宙頂級殺手,天文學家們普遍認為,宇宙中定期或不定期的出現這種極高能量射線暴,清理了宇宙中90%以上的生命和文明,這很可能是宇宙文明難以發展到高級別狀態的主要原因,也是宇宙文明極端稀少的主要原因。

黑洞相撞後會融合在一起,在沒有融合前會相互圍繞著旋轉,形成雙黑洞或三黑洞。如科學家們發布的一項研究報告稱,在距離我們10億光年的SDSS J084905.51+111447.2星系系統中,發現了三個正在碰撞融合的黑洞。這三個黑洞分屬三個不同星系,星系合併使這幾個黑洞也發生相撞並將融合在一起。

這就是黑洞相撞融合的過程。那些認為黑洞有洞口和邊緣的朋友,看了本文,希望對你們的認知有幫助。

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

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