任何物質都逃不出黑洞!霍金:並非如此,有東西可以從黑洞「出來」!

2021-01-12 騰訊網

在茫茫宇宙中,當一顆恆星的生命走到盡頭時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料,這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——「黑洞」就誕生了。

黑洞擁有巨大的引力,在黑洞內,所有的物質都會聚集到一個點上,這個點密度無限大,體積無限小,它就是奇點。而在黑洞的邊沿是事件視界,所有越過事件視界的物質都會被吸入黑洞內,它無情的吞噬著它周圍的一切,甚至連光都無法逃脫。

人類已知最快速度——真空中的光速都逃不出黑洞的魔掌,那肯定沒有什麼可以能從黑洞中逃出來了。這樣的觀點統治了學界幾十年,直到宇宙之王——霍金的霍金輻射理論問世。

長期以來,科學家們認為黑洞會吞噬一切。但1974年,霍金提出,黑洞一旦形成,就會「蒸發」輻射出能量,同時損失質量,這種輻射亦稱為「霍金輻射」。該理論認為,黑洞並不是陰暗、冰冷的。相反,它在不斷地向外界輻射熱量。更重要的是,它指出「有東西可以從黑洞出來」。

但是,理論中提到的黑洞輻射中並不包括黑洞內部物質的任何信息,一旦這個黑洞濃縮並蒸發消失後,其中的所有信息就都隨之消失了。這便是所謂的「黑洞悖論」。

2004年7月14日,霍金正式發表了一篇論文,認為黑洞這種由星體殘骸演化成的漩渦會保留被吞噬物體的痕跡、而且終將釋放出少量被撕碎的物質。在霍金臨終之前修改了他的黑洞理論,認為黑洞是可以「重新開放」的,所吞噬的信息可以以另一種形式釋放出來(大部分以量子信息被釋放),就像我們生活中的燃燒一樣,只是信息的轉化而已。

霍金輻射的提出具有重大意義,原先學界認為黑洞只會增大,但有了霍金的新理論,讓人們意識到黑洞會通過霍金輻射,損失質量。當吸收的質量入不敷出時,黑洞就會慢慢蒸發、縮小,最終消失,當然這是一個極其緩慢的過程。

如今,我們對於黑洞還有東西需要去探索。霍金曾照亮了人類探索黑洞的道路,不知以後還會出現哪位科學巨星,繼續用他的光和熱照耀著人類前進的道路。

筆者:張明慧

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    自1968年「黑洞」這一概念被提出,科學家們不斷研究其具體構造,而很多人對黑洞的基本印象還停留在「吸收包括光在內的一切物體的極高密度天體,任何事物都無法從中逃離」。其實,霍金早在1974年就提出,並不是任何物體都無法逃離黑洞,黑洞在吸收粒子的同時,也會將對應的反粒子發射出來,這個概念後來也被稱為「霍金輻射」或「黑洞輻射」。
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  • 為什麼霍金曾說黑洞「不存在」?有關黑洞的一些問題
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    早在一個多世紀前,人們就已經透過數學公式預言了黑洞的存在。現在我們已經拍到了第一張黑洞的照片,但是黑洞仍然有很多秘密,就像它們更神秘的鏡像雙胞胎一樣就是白洞。想像一下,如果我們可以用影片錄下黑洞,看看它如何把所有靠得太近的物質,甚至光都給吸進去,然後將這部影片倒著回放。
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    霍金輻射:進了黑洞或許還可以出來黑洞對於人類而言是極具神秘色彩的,同時也是現代廣義相對論中宇宙空間內存在的一種天體,黑洞的引力非常的大,幾乎可以吸進各種物體,黑洞也是時空曲率,大到光都無法將其視界逃脫天體,這種神秘的物體,被美國物理學家命名為黑洞。
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  • 霍金此前曾曝黑洞根本不存在 只有灰洞 那麼現在要勇敢地承認錯誤嗎
    黑洞之所以被認為是「黑」的,在於其引力行為和事件視界上,在事件視界之外的物質行為才會被我們所察覺,而之內並不存在任何定義,即便是光線也無法逃脫黑洞的引力控制,因此在我們看來黑洞是「黑」的,這就像是宇宙中的單行道,僅能進去而出不來。霍金提出的「灰洞」理論認為黑洞還可以進一步向外傳遞質能信息,這就是說黑洞不是宇宙中的單行道,進去後還能「出來」。
  • 光為什麼逃脫不了黑洞
    根據牛頓和愛因斯坦的觀點,引力是在質量的相互作用下才產生的,不過對於一些自身無質量而又有極強能量的物質,光可以與黑洞的引力發生相互作用,而光恰好是這類物質,因此當光靠近黑洞時就會被黑洞所吞噬。早在1998年法國科學家拉普拉斯就根據牛頓建立的力學理論推測,一個直徑向地球密度為太陽250倍的發光恆星,在其引力作用下將不允許它的任何光線到達我們這裡。宇宙飛船要擺脫地球的引力,進入行星際空間速度至少要達到11.2千米每秒,否則它就永遠逃不出地球引力的控制,這11.2千米每秒的速度,就是任何物體從地球引力場中逃逸出去所需的最低速度,成為地球的逃逸速度。
  • 史蒂芬霍金:「沒有黑洞」
    大多數物理學家都滔滔不絕地寫了一篇聲稱「沒有黑洞」的論文 - 至少不是我們通常想像的那種 - 可能會被解僱為曲柄。但是,當重新定義這些宇宙運動員的呼籲來自史蒂芬霍金時,值得注意。在網上發表的一篇論文中,這位位於英國劍橋大學的物理學家,以及現代黑洞理論的創造者之一,摒棄了事件視界的概念,即無形邊界被認為是每個黑洞的籠罩,沒有任何東西,甚至光線都無法逃脫。
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    如果你正在看這黑洞,你看到的是它的事件視界,正如廣義相對論所預測的,質量的存在使得時空變形,使粒子的路徑朝向質量彎曲的黑洞的事件視界,這種變形強烈到沒有任何的路徑是遠離黑洞的,任何東西想要通過這個事件視界,逃逸速度都必須超過光速。
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    現在,引力波的迴響可以證實一個數十年前關於黑洞的假說。 研究引力波數據的天文學家認為,他們已經發現了回聲的證據——只有在存在霍金輻射產生的「量子模糊」的情況下才會發生回聲。 加拿大滑鐵盧大學的天文學家兼物理學家尼亞耶什·阿夫索迪說:「根據愛因斯坦的廣義相對論,物質一旦越過了黑洞的事件視界,便無法逃脫。
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    經典黑洞理論認為,黑洞外的物質和輻射可以透過視界進入黑洞內部,而黑洞內的任何物質和輻射均不能穿出視界。當光線逃離黑洞核心時,它的運動就像人在跑步機上奔跑一樣,慢慢地透過向外輻射而收縮。「經典黑洞理論認為,任何物質和輻射都不能逃離黑洞,而量子力學理論表明,能量和資訊是可以從黑洞中逃離出來的。」霍金同時指出,對於這種逃離過程的解釋需要一個能夠將重力和其他基本力成功融合的理論。在過去近一百年間,物理學界沒有人曾試圖解釋這一過程。
  • 一點都不深奧:為什麼連光都逃不出黑洞?
    什麼是黑洞?維基百科對於黑洞的定義是這樣的:黑洞(英語:black hole)是時空展現出引力的加速度極端強大,以至於沒有粒子,甚至電磁輻射,像是光都無法逃逸的區域。具體點,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。黑洞的引力很大,連光都無法逃脫。其實黑洞並不「黑」,只是無法直接觀測,但可以藉由間接方式得知其存在與質量,並且觀測到它對其他事物的影響。