黑洞裡面是什麼?

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答:目前科學家還無法回答這個難題。


黑洞是廣義相對論預言的天體,並且被天文學證實存在,比如在我們銀河系中心,就存在一個大約400萬倍太陽質量的黑洞。

至於黑洞內部是什麼?目前真沒有誰說得清楚,不過我們可以利用相關理論,進行猜測,比如以下幾種可能。


一、時間和空間的終點

廣義相對論描述,黑洞中心是奇點,奇點的密度無窮大,半徑無限小;以至於空間和時間維度,都在這裡完全顛倒了,一個物體被推向奇點,其實是被時間推向了時間的終點。

在奇點處,現有的物理定律都失效了,就好比是時間和空間的終點。


二、奇異物質

黑洞的引力,強到可以使光線都無法逃逸視界;其實早在19世紀,就有科學家猜測一個天體的重力,也許能大到逃逸速度超過光速,要知道那時候還沒有相對論。

或許在黑洞內部,就是一種密度非常大的奇異物質,該物質的狀態不在當前理論的研究範圍內,所以人類用現有理論去分析黑洞,就會得到發散的結果。

如果在未來,人類得到了超越相對論和量子力學的終極理論,或許就能解釋黑洞內部發生的情況,意指相對論的侷限性,導致了本不存在的黑洞奇點。


三、高維空間

也有科學家猜想,在黑洞內部,空間無限摺疊,或許可以把空間的高維度延展開來,那麼黑洞內部就是一個高維度的世界,有點類似電影《星際穿越》中的情況。


四、時空裂口

廣義相對論描述,時間和空間是可以壓縮和拉長的,那麼就存在一種可能,黑洞內部的引力,強大到可以把時空撕開一道裂口。

如果結合愛因斯坦-羅森橋(蟲洞),那麼黑洞有可能就是蟲洞的一個端口,在蟲洞另外一方通往未知世界。

以上四種說法,都沒有嚴謹的科學依據,只能算是猜想而已。


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艾伯史密斯


黑洞是宇宙中最神秘的天體之一,也是目前科學最無法解釋的現象之一。

大質量的恆星坍縮到某一臨界尺寸時,就得到了黑洞,它是一個體積極小而密度極大的天體,由於其密度和引力是如此之大,任何物質都脫離不了黑洞的吸引,就連光線也無法逃逸。

人們對黑洞也做了各種模型的預測,但尚無觀測的證據。但黑洞確實普遍存在的,在宇宙的發展史中,一些恆星早已燃燒殆盡,塌縮成黑洞。當星核不斷塌縮,所有的物質都被壓縮在一個及其至小的空間內。

所有被黑洞吸引進去的各種物質都會被巨大的引力差而撕裂成基本粒子,物質被極度的壓縮到體積極小的一點上,這就是在黑洞中存在的密度無限大的奇點,以及及其扭曲的時空,對於奇點,現有的科學理論尚無法想象和解釋。

由於任何物質都無法逃過黑洞的吸引,包括光線,所以對於黑洞等活動,人類無法用肉眼去觀察。如今人們可以利用錢德拉天文臺的X射線望遠鏡可以捕捉黑洞外部的一些信息,試圖來了解黑洞。

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黑洞裡面是什麼這個話題現在也是沒有答案的,我們都知道黑洞是一個質量和密度都非常大的天體,連光線都無法逃脫,進入黑洞的物體會被撕得粉碎,宇航員如果想探測黑洞內部,在視界內就會被拉成一根麵條狀物體,人類還沒有任何手段來探測,所以以下幾種說法都是基於猜想的。

第一種可能性認為黑洞內部存在蟲洞,巴塞羅那的天文學家薩羅奧爾莫認為黑洞的內部是一個抽象的幾何形結構,越往內部黑洞的體積就會變得越小,中心點可能是一個原子核大小的蟲洞,蟲洞的大小會隨著黑洞所帶電荷量變大而變大,這個蟲洞可能連接著宇宙的另一個空間或者另一處黑洞。

第二種可能黑洞或許還是通往另一個宇宙的通道,相當於認為我們所在的宇宙被撕開了一個口子,這個口子就是黑洞,黑洞內部是連接宇宙外部的通道,宇宙之外可能是另一個宇宙。這個理論認為我們所在的宇宙是其中之一,宇宙像一個小泡泡一樣,眾多的小泡泡組成了整個空間。

第三種認為黑洞內部其實並沒有什麼奇怪的地方,也不連接著什麼空間,黑洞的內部可能只是一個黑球而已,類似於中子星一樣的內核,密度無限大,扭曲著空間吸引著周圍的任何物質。當質量非常大的恆星接近死亡的時候,內核會在重力的作用下快速地向內收縮,並且這個過程是永無止境地進行下去的,越靠近中心,密度就越大。就像把物質用無限大的壓力壓縮,黑洞內部可能只是一個球狀物體,依靠自身質量增加堆積來產生更強大的引力而已。


科學薛定諤的貓


施鬱

(復旦大學物理學系教授)

黑洞裡面,在幾乎所有區域(除了奇點)幾乎什麼都沒有,空無一物。

那它的質量在哪裡?導致這個黑洞的死亡恆星的質量去哪裡了?義無反顧地被吸進去的物質去哪裡了?答案是:集中在黑洞中心很小的範圍內,這個很小的範圍叫做奇點,在這裡時空彎曲程度在經典理論上無窮大,需要用量子引力描述,但是我們還沒有成功的量子引力。對於一個10太陽質量的黑洞,視界周長大概是185公里,奇點範圍大概是10的負33次方釐米。

在奇點之外,一直到視界(黑洞的範圍,在視界內的物體不能逃逸),幾乎是空的。注意黑洞內部的時空彎曲非常厲害,所以從奇點到視界的距離可以非常非常大,比如幾百萬公里,而不是簡單的視界面積除以2pi。這就好比將一個非常重的小球放在一個非常容易伸縮的橡皮膜上,這個小球拽這橡皮膜下沉非常長的距離。


物理文化與施鬱世界線


人類的所有理論都在黑洞的事件視界邊緣所終止。事件視界就是黑洞引力場範圍能看到與不能看到地方的界限,一般是以黑洞的引力半徑為界,也就是常說的史瓦西半徑。

黑洞世界內是一片空空如也的天區,就像什麼也沒有,連光線也被鎖死在裡面,所以迄今為止,人們不知道里面的狀況,只是猜測可能在黑洞中心有一個奇點。

這個奇點具有宇宙大爆炸奇點的某些性質,比如無限的時空曲率,無限小,密度無限大。黑洞事件視界就是這個奇點的引力導致,視界的大小與黑洞的質量成正比。

因此人們可以根據黑洞事件視界的大小,推算出黑洞的質量。

黑洞的形成有原始黑洞和後生黑洞之說。

所謂原始黑洞就是宇宙大爆炸之初形成的,只是理論上預言存在,目前尚未觀測到;後生黑洞就是現代宇宙中常常觀測到的黑洞,這種黑洞是大質量天體死亡時引力坍縮形成的。

至於黑洞裡面是什麼,目前的理論界還沒有一個發現和統一的說法,因此黑洞是一個極為神秘的天體。

霍金等科學家通過證明提出了“黑洞無毛定理”。

這個理論認為,無論什麼樣的黑洞,其最終性質僅有幾個物理量來確定,即質量、角動量、電荷。

對黑洞裡面的認識僅此而已,所有的物質一旦被黑洞所俘獲,落入到黑洞視界內後,所有的信息將全部喪失,只留下三個不能變為電磁輻射的守恆量。

所以,黑洞裡面沒有任何物質的複雜性,比如一粒沙子一個灰塵的複雜性都沒有,變成及其簡單的東西。

也就是說,不管在調入黑洞前,物質是什麼樣的狀態,一旦進入黑洞,都是一樣一樣的了,實際上就是某種不為人類所知的能量狀態,對前身物質的形狀成分都將“失憶”,完全沒有了過去的一切,這就叫“黑洞無毛”。

這就是時空通訊的看法,歡迎點贊或者拍磚。


時空通訊


所謂“黑洞”(Black Hole),是質量極大的恆星在核融合反應的燃料耗盡後,發生重力塌縮後形成的。由於它的重力場極強,一般相信任何物質,甚至是光,都不能 “逃出來”。



黑洞大多是宇宙裡面的恆星壽終正寢的地方,如果要比喻的話,黑洞是一個墳場也是一個垃圾回收站。所以在黑洞裡面是什麼,簡單的理解來說是宇宙剩餘的能量或被黑洞吞噬的天體,比如:被壓縮的光,被擠壓的星球。黑洞佔據了宇宙總質量的90%,黑洞可以說是無處不在。更加具體的解析我們可以從黑洞的形成中尋得些許依據來探究宇宙的黑洞到底都裝著什麼東西。



黑洞就是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、熱量無限高、體積無限小的奇點和周圍一部分空空如也的天區,這個天區範圍之內不可見。黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程;某一個恆星即將滅亡,核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成一個密實的星體,同時也壓縮了內部的空間和時間。但在黑洞情況下,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,中子本身在自身的擠壓引力吸引下被碾為粉末,剩下來的是一個密度高到難以想象的物質。由於高質量而產生的引力,會使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。黑洞開始吞噬恆星的外殼,但黑洞並不能吞噬如此多的物質,黑洞會釋放一部分物質,射出兩道純能量——γ射線。


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簡而言之:我們目前並不知道黑洞裡面是什麼樣子。

我們現在無法知道黑洞裡面是什麼,因為相對論在黑洞中崩潰了,我們還沒能把相對論和量子力學協調起來,來產生一個量子引力理論。

根據阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論,黑洞是以“奇點”或無限密度的質量結尾的時空。這是一個如此淒涼的地方,連物理定律都在那裡崩潰了。我們無法通過黑洞的視界來觀察物質和能量所發生的變化,任何進入黑洞的物質都無法發出信號。一旦進入視界,即使是光子的移動速度也低於黑洞巨大引力的逃逸速度。

也可能是在這些壓力下,那裡的輕子、夸克和玻色子合併成某種奇特的流體或等離子體。它們可能撕破時空的結構,流入鄰近宇宙的一個白色洞裡,只留下它們的引力。



但如果黑洞不是那麼可怕呢?如果它們是某種星際星際之門,或者甚至是通往另一個宇宙的通道呢?

這聽起來像是一部科幻電影,但現在量子物理學家的新計算表明,星際之門的想法實際上可能是更好的理論。根據一些令人吃驚的新結果,黑洞不會以奇點告終。相反,它們代表著“通往其他宇宙的門戶”。

這個新的理論是基於一個叫做“圈量子引力”(或稱LQG)的概念。它最初是作為一種合併標準量子力學和標準廣義相對論的方法而提出的,目的是為了彌補這兩個領域之間的不相容。基本上,圈量子引力論提出時空本質上是顆粒狀的,或者說是原子狀的。它是由微小的、不可分割的塊組成的,這些塊的大小與普朗克長度差不多--大約有10^-35米大小。



來自盧西亞納州立大學的豪爾赫·普林和烏拉圭蒙得維的亞共和國大學的魯道夫·甘比尼研究人員對這些數字進行了分析,看看在圈量子引力的參數下黑洞內部會發生什麼。他們所發現的與僅僅根據廣義相對論所發生的大不相同:沒有奇點。相反,就在黑洞開始擠壓緊的時候,它又突然鬆開,就像一扇門被打開了一樣。


如果你有其他見解,可以在下方評論哦,我相信你的評論可以一針見血。


趣味說



黑洞是一個球狀天體,由於其引力太大導致黑洞的逃逸速度大於光速,所以黑洞本身無法在可見光波段被看見,唯有黑洞吞噬其他天體的時候會形成發光發熱的吸積盤,我們在《星際穿越》中看到的黑洞其實就是黑洞的吸積盤,而吸積盤差不多把黑洞完整的勾勒了出來。

黑洞只是一個引力極大的天體,除此之外和其它的天體並沒有什麼不同,但黑洞內部的世界確是科學界至今沒有定論的,因為黑洞內部在目前的理論中屬於“時空奇點”,這個奇點和宇宙大爆炸時的奇點都有一個相似之處,那就是已知發任何物理定律在奇點處失效。

而且人類這麼多年來對黑洞的瞭解也非常少,主要就是霍金提出了黑洞會因為附近量子漲落而向外發出輻射進而減少質量,由此得出來黑洞其實是有壽命的,霍金輻射可以說是近幾十年來關於黑洞最偉大的成果。

人類對黑洞觀測目前還侷限於射電望遠鏡,距離我們最近的黑洞麒麟座V616也在2800光年之外,這使得派遣探測器成為了奢望,現在也有人寄希望於人造黑洞,人類目前的對撞機雖然還沒有達到能夠製造微型黑洞的功率,但是未來更先進的對撞機是可以的,唯一的問題就是微型黑洞在誕生瞬間就會蒸發殆盡,所以需要一種手段來保持微型黑洞的壽命。

雖然目前也有理論認為黑洞是連接其他平行宇宙的通道,但這種說法也並沒有得到證實,唯一能確定的就是黑洞在我們的宇宙中非常普遍,而且黑洞之間融合碰撞的例子也不在少數,所以人類將來有大把的時間去慢慢研究黑洞的秘密。


宇宙探索未解之迷


這是一個還沒有答案,也許永遠都不知道確定答案的問題。

這是張雙南教授在給果殼網寫名為"黑洞裡面是什麼"科學文章時,開頭第一句甩給讀者的話。



張雙南,中國科學院高能物理研究所研究員,中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任,果殼網的科學顧問。

這個回答是基於廣義相對論給出的。

1915年,廣義相對論默默誕生了,它的場方程是一個二階非線性張量偏微分方程,精確解是很難得到的,些許可以找到近似解,或者數值解。

但也就是幾個月後,正在一戰前線打仗的奧地利數學家史瓦西,在戰壕裡活生生地給出了一個球對稱,沒有自轉的引力場解——這就是我們今天稱為史瓦西黑洞的半徑解。

史瓦西解給出的是宇宙中一種比較特殊的黑洞解,這種黑洞很不可能存在,但它確實給出了一個人類歷史上真正描述黑洞的解。

這個解給我們透露出的有關黑洞性質的信息只有兩個——黑洞有一個視界,以及中心有一個奇點,其他地方可能空無一物。因為我們沒從方程裡得出其他關於黑洞所謂的內部除了可能存在的奇點,其他地方有沒有東西的解。

但這是科學家不滿意的,至少奇點的存在就讓包括愛因斯坦在內的很多科學家都反對——這裡所有的物理量全部發散,所有的物理定律都在這裡失效,時空的所有性質都不復存在。


這讓直到現在還是描述時空幾何性質最佳的理論,並在諸多證據面前屹立不倒的廣義相對論有些措手不及。

並且量子力學不確定性原理也不允許出現無限小體積,這如何是好?

未知,也許真的是相對論和量子力學需要完善,需要更高級的理論來描述囊括它們,也許是黑洞可能就不存在,我們觀察到的只是一種未知的天體,可能是霍金說的灰洞?物質進去了還會出來的新版"黑洞"?不知道,可能我們對恆星演化理論的研究也還有缺陷。

我們關於最新最火的的黑洞的研究理論來自於已逝偉人霍金和他的朋友提出過得諸如黑洞無毛定律,霍金輻射,這些理論在數學物理形式上有這一定意義上的嚴格證明。

但即便如此,霍金也不知道黑洞內部究竟有些什麼。


擋不住的熵增


目前可以確定即便直接觀測到黑洞,看到的也只是黑洞視界外的景象,視界是黑洞可視與不可視的範圍分界,而黑洞的本體可能只是黑洞中央的一個小點。

質量是成為黑洞的前提,但像很多大質量恆星,內部劇烈的核聚變可以抵擋物質的收縮,在核聚變能量釋放到一定程度後,再也沒有力量可以阻擋物質在引力作用下的收縮,而根據光速可以計算出黑洞視界的半徑,即史瓦西半徑,一旦物質收縮超過這個限度,黑洞內部的光也無法逸出,出現了事件視界,視界只是區分黑洞可視與不可視部分,黑洞的本體天體是什麼樣的,不進入黑洞或許永遠無法知道。

科學家集中全世界一部分射電望遠鏡信號,相當於組成了一臺超大型的望遠鏡,已經獲得了黑洞視界外的景象,可以看出是物質被黑洞吞噬時由於引力的壓縮釋放出大量能量,但還不太夠,觀測到的還比較有限。而視界內是什麼樣,以現在的觀測技術還無法得到足夠信息,只能通過目前的科學理論去推測。不過一些科學家認為,雖然黑洞的引力很大,接近黑洞的物體會被“拉長”,但或許還是有可能穿越視界的,只不過以目前的航天技術不可能飛到一個黑洞邊緣觀測。

黑洞裡邊將是物質和能量異常劇烈活躍的場所,也可能沒有了目前人類所知的物質形態,現有的一些物理理論或許也難以解釋,不管黑洞本體和視界之間的距離有多遠。


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