什麼是黑洞?

邢小燕

1915年,愛因斯坦提出廣義相對論,給出了眾人皆知的愛因斯坦場方程。與此同時,正處於同沙皇俄國作戰前線的德國物理學家卡爾·史瓦西,在得知愛因斯坦的理論之後,在作戰間隙完成了兩篇相對論,得到了非旋轉黑洞的精確理論解(也就是做了一個球對稱的假設),這是第一個有關於愛因斯坦場方程的精確解,同時在文章中,史瓦西給出了黑洞的半徑大小。

在史瓦西得到黑洞的第一個解之後,許多物理學家開始投身到這種神奇而有趣的天體研究。在上個世紀三十年代,美國的“原子彈之父”奧本海默研究發現:恆星在一定環境之下可以坍縮形成黑洞。

然而愛因斯坦卻不太認同這種可能性,他根據直覺判斷,黑洞這種天體並不存在,並且寫了論文來反駁奧本海默。

因為沒有沒有實際的觀測,所以很難判斷熟對熟否。不過很遺憾的是,到愛因斯坦去世都沒能發現這種神奇的天體。一直到了上個世紀60年代,美國科學家利用探空火箭在天鵝座區域偶然發現了一個非常明亮的X射線天體,這是人類於此區域發現的第一個X射線天體,但卻不知其本質為何。於是天文學家將此天體命名為天鵝座X-1(Cygnus X-1),這便是人們今天所熟知的、人類歷史上第一個黑洞候選體。

差不多就在同一時期,美國的科學家也發現了另外一類神奇的天體,類星體,後來被證認為超大質量的黑洞。

到目前為止,天文學家發現幾乎在每一個星系的中心都存在著一個超大質量黑洞,而在我們的銀河系當中,理應存在著上億個恆星量級的黑洞,不過也只發現了幾十個。

黑洞可以說是宇宙中最為簡單的一類天體,它只需要用三個量就可以完整描述:質量,轉動,電荷。然而在宇宙當中,電荷很容易被中和,所以宇宙當中的黑洞只需要兩個量就可以完整描述,那就是質量和轉動。而從結構上而言,黑洞也是非常簡單,通常認為所有的質量是存在於黑洞的最中心,一個被稱為奇點的地方。在奇點之外,存在一個叫做視界的虛擬球面,在這個球面之內,任何的信息包括光都不能逃離。

黑洞還具有一些其它神奇的性質,比如時間延遲等等。


黑洞來客

黑洞既然光不能逃離,那怎麼會發現由它而來的x射線呢?可見黑洞仍然只存在於科學家的假設之中。實際情形是,這片稱為黑洞的區域因為沒有光發出,也就是宇宙中絕對零度的區域,在這片區域中,從四面八方射來的宇宙星光十分平衡,相對方向的星光互相抵消,導致這個區域的能量粒子熱運動極小,近似於無光線發出。宇宙星光是萬有引力的來源,宇宙中一切物質粒子都時時刻刻受來自各方向的星光照射,大部分所受合力較小,所以以一種有序的狀態運轉或存在。而在黑洞區域,這種合力為零,萬有引力失去了效用,對外並無極強的引力之說。假如如經典理論所述,則我們現在都是在奔向黑洞的路途上,觀察到星體湮滅於黑洞是分分秒秒的事,但事實上,黑洞並沒有吞噬星體,反而和周圍空間星體相安無事,所以黑洞只是光的平衡而已。關注本號,還原真實宇宙。


科學小宇宙

我個人就把他當做一個名字。所以關於黑洞的東西通通都是在人類的想象力裡。像如來佛祖一樣的存在。可是佛祖確實也影響了一代又一代的人。說他不存在也對,說他存在也對。根本沒有一個可以證實的方法。就像高人經常說的有和沒有中間的臨界點一樣。


加強版行顛

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。 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”。 “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。藉由物體被吸入之前的因高熱而放出和γ射線的“邊緣訊息”,可以獲取黑洞存在的訊息。推測出黑洞的存在也可藉由間接觀測恆星或星際雲氣團繞行軌跡取得位置以及質量。 2017年12月7日,美國卡耐基科學研究所科學家發現有史以來最遙遠的超大質量黑洞,其質量是太陽的8億倍。


時光之翼


孤猴78345271

黑洞已經不是什麼神秘的東西了,按現代物理最新研究成果的理解,黑洞其實不是洞,是一個體積很小質量卻很大的星體,由於超大的質量使得星體周圍的空間扭曲成一個球體,外層稱之為視界,星體中心早期被稱為奇點,射向黑洞的光線進入視界後由於星體強大的引力作用,無法逃脫出扭曲的球體空間,也就無法反射出來,內部發出的光線也同樣無法直線傳播出來,所以外面看到的就像一個黑洞,但是黑洞在內部能量被激發的時候會噴射出高能射線。一切靠近黑洞的物體,即靠近視界邊緣,而沒有足夠的初速度將很難逃脫黑洞,最終被黑洞的引力場捕獲,進入視界內部後,在強大的引力作用下,物體將被被引力肢解。我是一名宇宙愛好者,歡迎與你交流。


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