黑洞是天體還是洞?

用戶2405732786790


黑洞是一種宇宙中的天體,而並非一個洞,因為其強大的引力造成內部光線無法發出來,因而從外部看起來像一個黑黑的洞,所以才被稱為黑洞。

黑洞最早是根據天體的演化中推測出來的一種天體,由於其奇異的特性和難以觀測的外觀,所以長期以來對於黑洞的存在一直沒有定論。最早被推測可能是黑洞的候選是天鵝座X1射線源,這個是在20世紀60年代就發現的一個強X射線源,一直作為黑洞的候選者,直到很久之後才被確認為黑洞。

目前,我們已經確認黑洞的存在,不但間接觀測到,而且還直接觀測到黑洞的界面,所以黑洞的存在已經是事實。

而黑洞的產生有這麼幾類。

一是恆星演化的黑洞,這類是質量在太陽質量30倍以上的恆星,最終的演化結果就是黑洞。這類黑洞目前瞭解的最多,其演化過程也基本知道。

二是星系級黑洞,這類一般存在於星系中心,質量在幾十萬到上億倍太陽質量,比如銀河系中心就存在一個約300萬倍太陽質量的黑洞。對於這類黑洞的形成和演化,目前知道的還較少。

三是微型黑洞,這類是理論上生成於宇宙早期的黑洞,質量可能是行星級別甚至更小,這類黑洞目前沒有觀測到,還只是理論中存在。


寒蕭99


黑洞是廣義相對論方程預測的理論實體(天體)。當一顆質量足夠大的恆星遭受引力坍縮,其大部分或全部質量被壓縮到足夠小的空間區域,從而在該點產生無限的時空曲率(“奇點”)時,黑洞就形成了。如此巨大的時空曲率使得任何東西,甚至光,都無法逃離“事件視界”或邊界。

黑洞從未被直接觀測到,儘管對其影響的預測與觀測相符。有一些替代的理論,如磁層永久坍塌物體(MeCoS),來解釋這些觀測,其中大多數避免黑洞中心的時空奇點,但絕大多數物理學家認為,黑洞的解釋最有可能是對正在發生的事情的物理表徵。

相對論之前的黑洞

在17世紀,有人提出,一個超大質量的物體可能會吸引光線進入它。牛頓光學是光的微粒理論,把光看作粒子。

約翰·米歇爾在1784年發表了一篇論文,預言一個半徑為太陽500倍(但密度相同)的物體在其表面會有光速的逃逸速度,因此是不可見的。然而,隨著光波理論的興起,人們對這一理論的興趣在20世紀就消失了。

當在現代物理學中很少被提及時,這些理論實體被稱為“暗星”,以區別於真正的黑洞。

相對論中的黑洞

在1916年愛因斯坦發表廣義相對論後的幾個月內,物理學家卡爾·施瓦茨席爾德(Karl Schwartzchild)提出了一個求解愛因斯坦球質量方程(稱為施瓦茨柴爾德度量)的方法,結果出人意料。

圖注:卡爾·施瓦茨席爾德。

表示半徑的術語有一個令人不安的特點。似乎在一定半徑下,這個項的分母會變成零,這會導致這個項在數學上“爆炸”。這個半徑稱為史瓦西半徑(施瓦茨席爾德半徑)rs,定義為:

rs=2 GM/c^ 2

G是引力常數,M是質量,c是光速。

由於施瓦茨席爾德的工作被證明對理解黑洞至關重要,所以施瓦茨席爾德這個名字被翻譯成“黑盾”是一個奇怪的巧合。

黑洞特性

整個質量M位於rs內的天體被認為是黑洞。事件視界是rs的名字,因為從這個半徑來看,黑洞引力的逃逸速度就是光速。黑洞通過引力把質量吸引進來,這些質量都逃不掉。

黑洞通常用一個物體或質量“落入”它來解釋。

Y看著X掉進黑洞

  • 在X上觀察理想的時鐘減慢,當X擊中rs時時間凍結
  • Y 觀察來自 X 紅移的光,在 rs 處達到無窮大(因此 X 變得不可見 - 然而,不知何故,我們仍然可以看到它們的時鐘。理論物理不偉大嗎?)
  • X在理論上察覺到了明顯的變化,儘管一旦它穿過rs,它就不可能從黑洞的引力中逃脫。(即使光線也無法逃離視界。)

黑洞理論的發展

20世紀20年代,物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)推斷,任何質量超過1.44個太陽質量(錢德拉塞卡極限)的恆星都必須在廣義相對論下崩潰。物理學家阿瑟·埃丁頓認為,一些性質可以防止崩塌。根據各自的理論方式,二者都是對的。

  • 圖注:物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)

羅伯特·奧本海默(Robert Oppenheimer)在1939年預言,一顆超大質量恆星可能會坍塌,從而在自然界形成一顆“冰凍恆星”,而不僅僅是在數學上。崩塌的速度似乎減慢了,實際上在穿越rs的時候時間上凍結了。恆星發出的光在rs會經歷一次嚴重的紅移。

不幸的是,許多物理學家認為這只是施瓦茨柴爾德度量的高度對稱性質的一個特徵,他們相信在性質上,這種崩潰實際上不會因為不對稱而發生。

直到1967年,也就是rs發現近50年後,物理學家史蒂芬·霍金和羅傑·彭羅斯才表明,黑洞不僅是廣義相對論的直接結果,而且無法阻止這種崩潰。脈衝星的發現支持了這一理論,不久之後,物理學家約翰惠勒在1967年12月29日的一次演講中為這一現象創造了“黑洞”一詞。

隨後的工作包括髮現霍金輻射,其中黑洞可以發射輻射。

黑洞推測

黑洞是一個吸引想要挑戰的理論家和實驗者的領域。今天,所有的共識都認為黑洞存在,儘管黑洞的確切性質仍然存在疑問。一些人相信落入黑洞的物質可能會在宇宙的其他地方重現,比如蟲洞。黑洞理論的一個重要補充是霍金輻射理論,由英國物理學家史蒂芬·霍金於1974年提出。

綜上所述,黑洞是一個實體,我們常常所說落入黑洞,是物體落入了黑洞事件視界內(rs),即黑洞的邊緣。“黑洞”只是科學家用來描述這個神秘實體詞彙,不要誤會成它是一個洞。


科技領航人


黑洞是一種比較特殊的天體。黑洞由較大質量以上恆星坍縮形成,曲於恆星坍縮中物質向中心集合,直到形成體積無限小而密度無限大的星體。當它的半經收縮到小於史瓦西半經,質量導致的時空彎曲使得即使光也無法逃出。

黑洞形成後會隨其自轉而發生吸積,隨時間增長而逐漸蒸發,以至爆炸。黑洞的性質客觀上促進了星系等的形成和發展。

2020-1-30


手機用戶54578927414


任何物質大量積聚運動,都會形成漩渦狀態,中心必然中空,原子是這樣,星系也是這樣。所以,前輩科學家們指的黑洞理論肯定是錯誤的,沒有依據的臆想臆測,所謂中子星更是臆說;電子顯微鏡都沒看到原子核,哪來的中子質子,誇子量子……請問誰看見了,全是推測說;原子是存在的,其它全是臆說!


悟鴿


如果只是科普性瞭解的話,可以理解為球形洞。

三維空間看上去是球,更高空間維度看上去是洞。

我們來看什麼是洞:在三維空間裡,包裹分割一個三維空間區域的是面,當這個面出現一個由線為邊界的缺口的時候,我們把這個缺口叫做洞(3)。

退化到二維空間,包裹分割一個二維空間區域的是線,當這條線出現一個兩個點為邊界的缺口的時候,二維生物會把這個缺口叫做洞(2)。

那麼,當三維的我們把一個二維宇宙戳出一個圓形窟窿的時候呢?

在我們眼裡,這毫無疑問是個洞。但是二維生物會很困惑——顯然,空間上這是個圓形區域,與二維生物認知裡的洞(2)顯然並不一致。

在二維宇宙的視角上來歸納一下這個圓窟窿的特性:首先空間形狀上它是個圓;其次以一條曲線為邊界,這個邊界上的時空不連續,沒有辦法以任何手段探知這個圓內部的空間屬性,甚至幾乎無法純理論上描述這個圓內的物理規律。

補充一個,二維空間生物不是平面“上”的螞蟻,而是平面“內”的生物,所以並不存在“穿過這個洞到達另一面”。至於穿過這個窟窿的邊界會發生什麼,二維生物很難理解,就像我們很難解釋穿過黑洞視界會發生什麼一樣。或許“發生”這個依賴於時間和因果關係的概念,在時空不連續的地方都已經不再存在。

當然這只是科普性的類比。就像平面宇宙上的圓窟窿不符合平面宇宙上任何物質或空間的概念一樣,“黑洞”的概念用傳統的“洞”來描述顯然也是不準確甚至不正確的。以上僅僅是一種淺顯的、具象的、易於理解的邏輯模型,而不是真實的、正確的答案——畢竟我們目前還無法跳出這個宇宙去描繪黑洞真正的樣子。





健健viog


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。“黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體”。

所以黑洞是天體。

你說的能穿越的洞不是黑洞,而是蟲洞,這是兩個不一樣的概念。

科學家們幻想的能夠實現空間穿越甚至時間穿梭的洞就是指蟲洞。而黑洞只是因為引力巨大導致空間塌縮,它是巨大恆星死亡後形成的天體。物質被它吸入就會被壓縮成一個無限小、接近零的點,所以理解起來像是個無底洞。

當然,我們對黑洞的瞭解尚淺,這些都只是猜想和推論。也許黑洞的構造以後會被推翻的,也許那個所謂的無限小的奇點正是另一個宇宙的入口,這也是不一定的,要等許多年後進一步的探索才能真正解答。


萬大明vlog


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。“黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體”。

所以黑洞是天體。

你說的能穿越的洞不是黑洞,而是蟲洞,這是兩個不一樣的概念。

科學家們幻想的能夠實現空間穿越甚至時間穿梭的洞就是指蟲洞。而黑洞只是因為引力巨大導致空間塌縮,它是巨大恆星死亡後形成的天體。物質被它吸入就會被壓縮成一個無限小、接近零的點,所以理解起來像是個無底洞。

當然,我們對黑洞的瞭解尚淺,這些都只是猜想和推論。也許黑洞的構造以後會被推翻的,也許那個所謂的無限小的奇點正是另一個宇宙的入口,這也是不一定的,要等許多年後進一步的探索才能真正解答。


欒胖孩


黑洞是恆星演化的一種終極形態,是大質量恆星演化到終極時,其恆星核引力坍縮形成的尺度無窮小,密度無窮大,引力強到任何物質(包括光線)也無法脫離其表面的一種特殊天體。

就是說,只有大質量恆星才有可能演化成為黑洞。

黑洞是大質量恆星死亡的一個產物。它們死亡過程是引力的作用結果。恆星是依靠內部核聚變反應產生的向外的輻射壓與向內的引力相平衡來保持穩定的。當大質量恆星因核燃料消耗殆盡而停止內部的核聚變反應時,向外的輻射壓消失,在向內的引力作用下,恆星外部物質會向內坍縮,直到撞擊到以鐵為主的恆星核。此時的鐵是以電子簡併態存在的,不可壓縮,當外部物質撞擊到鐵核時,會發生幾乎是理想的彈性碰撞,會以幾乎相同的速度反向衝出恆星。此時的恆星會發生無比強烈的內爆,這就是超新星爆發。

在超北新星爆發中,一部分撞擊能量會使鐵核繼續聚變,成為比鐵重的元素,如銀、金、汞、鉛等,一直到鈾。這些新合成的元素中有相當一部分會隨著爆炸物質擴散到宇宙中,與原有的星際氣體雲混合起來,共同構成形成下一代恆星的原料。如果下一代恆星形成時,還伴隨有行星形成,它們也會存在於行星上。這就是地球上重元素的由來。

恆星核在撞擊中繼續坍縮,如果坍縮的恆星核質量大於3.2倍太陽質量,引力將使物質繼續被壓縮,它將無可避免地成為一個黑洞。數學計算表明,這個黑洞的尺度將無限小,物質密度將無限大。其表面脫離速度(該天體的第二宇宙速度)將大於等於光速,使所有物質(包括光線)都無法脫離其表面。用相對論來說,其周圍的時空將被極度壓縮,成為一個點狀,如同時空中的一個洞一樣。

此時的物質不會以原子態存在,物質密度為無窮大。因為縮小到一個點,所以無所謂體積。它的引力場對周邊物質影響範圍由其質量決定。如果它的質量足夠大,它的周圍一定範圍內的脫離速度都會大於等於光速,這個範圍就是這個黑洞的“視界”。

第一張圖中彎曲時空下面的黑色部分就是這個黑洞的視界。視界如同一個黑色的球狀體包圍著黑洞,從外界只能通過引力或黑洞吸引恆星物質形成的光亮吸集盤得知它的存在,但無法用眼睛看到。

你圖中的那個“洞”實際上是黑洞視界附近被黑洞彎曲變形的時空,洞是不存在的。

當一個恆星形成黑洞時,它只會保留(繼承)三個性質:質量、角動量、電荷。而其電荷可能也會因為與宇宙中各種帶電粒子的作用而逐漸被中和,成為電中性的。就是說,黑洞除了質量和角動量(使其高速旋轉)外,很可能不具有其他性質,包括磁場。

由於目前的物理學理論只能計算到恆星成為黑洞的一瞬間,所以在黑洞中物質的存在形式目前還不知道。但可以肯定的是,當黑洞形成時,其中的物質被高度壓縮,不可能仍以原子或亞原子粒子的形式存在了。


天然石材羅輯思維


黑洞是質量大於太陽20倍的恆星燃盡核聚變原料走向衰亡坍縮形成的引力巨大的一種天體,不是人類所知的洞穴形式,其坍縮形成的巨大引力使得時空彎曲可以撕裂靠近星球連光都會被吸收,因為沒有光的反射天文射電望遠鏡都無法觀察到黑洞的位置,只能根據進入黑洞引力圈內的星球產生的電磁波探測到黑洞的存在,黑洞只是近些年人類宇宙探索枝術的提高才逐漸地加深對黑洞的瞭解,相信不久會解開黑洞之迷


棲雁林


黑洞是天體,黑洞之所以被稱之為黑洞是因為它是一顆質量很大的天體,它讓光沒有辦法逃逸,所以沒有辦法供我們觀察,所以觀察它只能看到像一個黑色的洞的景象。

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。它的質量極其巨大,體積卻極其小。


分享到:


相關文章: