02.28 黑洞到底是宇宙的一個窟窿還是個實打實的天體?如果是個窟窿,宇宙的窟窿外是什麼?

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牛頓是第一個對引力進行總結歸納的人,他的萬有引力定律闡明瞭“質量越大引力越強”,這個事實


然而牛頓既不清楚引力的產生機制,也沒意識到萬有引力定律的侷限性(當然這不怪他),這為後來愛因斯坦廣義相對論的誕生,埋下了伏筆。

1915年,理論物理學家愛因斯坦終於完成了他的廣義相對論,這個有關引力的新理論,將引力的本質解釋為了“質量引起的時空結構變化”,科普常用的說法,“是質量扭曲時空,進而產生了引力”


在廣義相對論體系中,時空結構是可以被質量隨意扭曲的,而扭曲的後果之一就是“偏折光線”,卡爾.史瓦西在一戰前線計算出廣義相對論引力場方程的第一個精確解後,科學界知道了如果質量堆積於時空一點,那麼經過該時空區域的光,將偏折成閉環。

在恆星物理學中,一顆恆星的核心質量如果超過了太陽質量的2.44倍,那麼它在超新星爆發後,其核心區域將坍塌成一個質量極大的新天體,這個天體的逃逸速度將超過光速,因此在外界看來,它將是黑色的。



以上就是黑洞的形成過程和具體形態

需要指出的是,人類目前對黑洞的一切瞭解都還侷限在理論上,沒人知道黑洞內是什麼情況,儘管大部分人都認為黑洞的引力會撕裂任何靠近它的物體,但個別老年黑洞有可能像《星際穿越》中的卡岡圖雅一樣“溫和”

同樣是在廣義相對論中,時空結構還可能扭曲成溝通兩個區域的“愛因斯坦-羅森橋”,這種特殊的時空結構被稱為“蟲洞”,有物理學家認為在宇宙大爆炸初期的高溫宇宙中,蟲洞是天然存在的時空結構,但隨著宇宙的膨脹冷卻,今天的宇宙已經不可能再出現天然蟲洞了。



不論是黑洞還是蟲洞,它們本質上都屬於時空結構的特殊變化


宇宙觀察記錄


一般我們是將其視為天體看待的,但由於黑洞的獨特屬性,和其它天體還是有很大區別,比如最常見的史瓦西黑洞,它內部實際上就是一個無體積的奇點,理論上可以認為是空無一物的,雖然不是窟窿,但似乎離正常的天體也相差很遠。

黑洞分為四種,以是否帶電和角動量為標準,有剛才我們提到的史瓦西黑洞,它不帶電、沒有角動量,只有質量一個屬性;還有就是除了質量以外,只帶電的萊諾黑洞;只有質量、角動量,不帶電的克爾黑洞;最後就是三種屬性都帶的克爾紐曼黑洞。

今天我們重點從史瓦西黑洞進行講解,因為這是它是四種黑洞中結構最簡單,網上好多科普都是以它為黑洞代表。

愛因斯坦當年在提出廣義相對論後,由於引力場方程的求解十分困難,本以為不會再短時間內有人找出解,誰想到第一個精確解竟在1916年就被德國物理學家史瓦西求得,他給出了一個靜止的、無自轉天體對時空各部分會造成什麼樣的影響。

隨著科學家對這個精確解進行後續研究時,發現了兩個奇性存在,其中一個奇性被證明是數學上的,也就是說可以通過座標變換消除,而剩下的一個奇性卻是物理上的,通過數學手段無法消除,而這個奇性所對應的位置就是史瓦西黑洞的中心,稱之為奇點。

而剛才一開始說的奇性,其位置則在我們現在稱之為史瓦西半徑的邊界上,這是一個很重要的邊界,是區分黑洞與外界的位置,也就是我們常說的事件視界,宇宙中任何物體一旦踏足事件視界,就失去了再次返回宇宙空間的機會。

用牛頓力學去理解這個事件視界,就是要從逃離此處的物體,其速度必須大於光速,但光速是物體運動速度的上限,除了光子等無靜止質量的物體之外,沒有誰能達到。(不知道大家有沒有看出來,剛才這句話實際上是前後矛盾的,因為光速上限是狹義相對論中的結論,而牛頓力學中速度沒有上限,原則上如果考慮了狹義相對論就不要再考慮牛頓力學了,實際上說光速上限,也是不準確的,當然了,著涉及到四維時空的幾何語言,這裡不多說了)

如此看來,就連光都無法逃離的事件視界,那麼物體一旦越過事件視界,那麼它的一切信息就意味著與世隔絕了,處於黑洞外部的我們,沒有任何辦法能夠監測到物體進入事件視界後的變化。不過幸運的是,科學家們對史瓦西黑洞的深入研究發現,物體一旦進入黑洞,那麼它將會不可避免的掉進史瓦西黑洞的中心——奇點。

什麼叫做不可避免呢?打個比方,一架飛船越過了事件視界,但由於這顆史瓦西黑洞的質量非常巨大,以至於它在事件視界處產生的潮汐力很小,所以飛船可以安然無恙的進入黑洞(不會被潮汐力解體),雖然飛船自身,甚至於裡面的人員都不會感到什麼身體上的不適,但它們距離黑洞奇點的距離卻隨著時間的流逝,不斷的縮短,也就是說,即便飛船開足馬力,都無法阻止飛船不斷接近奇點的這個過程。

原因就在於史瓦西黑洞,事件視界以內的時刻與外界時空是不一樣的,內部時空座標進行了互換,原先的空間帶有了“時間屬性”,也就是隻能單向流動,所以飛船即便開足了馬力都無法阻止最終墜向奇點的結果。

當然了,剛才這段話僅僅是通俗來講的,可能有些不嚴謹,相比而言,如果換做光錐的講法,可能效果會更好一些。我們都聽過一句話,叫做“光錐之內即命運”,如果在畫出描述黑洞的時空圖,我們會發現,每個物體在越過事件視界後的光錐無一例外的都朝向內側,也就是說這些物體的未來都只能侷限在黑洞之內,並且最後都得墜落向黑洞。

而物體在接近奇點時,潮汐力會加強,最終沒有任何物體可以抵抗這強大的潮汐力,紛紛解體而亡,至於這些物體進入到這個無體積的黑洞後會發生什麼變化,我們就不得而知了,因此相對論在此處失效了。

由此看來,對於史瓦西黑洞來說,如果以事件視界為邊,那麼在外界來看,它就是一顆不發光的黑球(不考慮霍金輻射),而且神奇的是,在這個黑球內部,竟然也沒有任何物體,因此所以被黑洞吸入的物體都會墜向奇點,而奇點又是一個無體積的點(密度無窮大)。

如此看來,史瓦西黑洞既不是一個窟窿,也稱不上一個合格的實打實的天體,雖然其它黑洞的結構與史瓦西黑洞不同,但總的來講,也同樣算不上合格的實打實天體。


賽先生科普


一般在天文學上把黑洞看成一種特殊的天體。之所以特殊,是因為黑洞存在一個視界,視界線之內的任何訊息都傳輸不出來。也就是說,在某個範圍內,黑洞完全是“黑的”,因為就連光子都逃不出去。我們遠遠看去,就像是宇宙中存在著一個漆黑的球狀大洞。當然了,猶豫黑洞的引力極強,我們看到的黑洞形狀可能並不是完美的球形。




黑洞內部有個奇點,該點集中了黑洞所有的物質。奇點幾乎沒有任何體積,但是密度卻大到無法想象。猶豫密度太大,所以根據愛因斯坦的時空理論,奇點把空間可以“壓”的無限彎曲,就好比一個無限深的洞一樣,任何事物落入其中都無法出來。這樣的黑洞就像是把宇宙撕了一塊下來,好像是宇宙破了個洞,破了一個窟窿。



肯定會有人問,黑洞到底通向哪裡呢?

這個問題即便是對黑洞最瞭解的霍金也無法告訴你。因為黑洞內部和我們的時空是完全隔離的,進入裡面的任何物質都出不來。我們無法探測黑洞內部,黑洞就好比不屬於我們的時空一樣。有人猜測,黑洞或許連接著另外一個宇宙,在我們宇宙,黑洞產生的是吸引力,而在另外一個宇宙,它就是一個向外吐物質的白洞。

當然了,要想證明這個理論很難,因為我們進入黑洞就出不來了。不過,如果我們在宇宙中能夠發現白洞的話,或許會增加些許證明。


科學探秘頻道


這是一個帶有主觀意識很強的問題,科學的問題都應該相對比較客觀。

什麼叫客觀?就是沒有歧義,所有人理解起來都是一個意思。比如這個題目所提出的問題,就有自問自答之嫌,什麼叫窟窿?什麼叫實打實的天體?根本沒有給出一個定義。這樣你可以說是這樣,他就可以說成是那樣,沒有一個統一標準做衡量,怎麼裁判?

實打實的天體是什麼?誰能說的清楚嗎?時空通訊認為,宇宙中存在的一切都是實打實的天體,包括星雲、恆星、黑洞、行星、小行星碎片、塵埃都算。

窟窿是什麼?是沒有還是真空?事實上宇宙根本沒有絕對的真空,只有真空度的不同,一個立方米只有1個粒子,就是最真空的真空了。而且根據量子力學海森堡不確定性理論,量子漲落隨機會在真空中出現,甚至宇宙大爆炸就是這樣出現的。

現在我們來幫助這個提問者給實打實的天體來定一個義,凡是有質量的物體都算宇宙中實打實的天體,這樣的話,黑洞肯定是一個實打實的天體了。

黑洞是大質量恆星死亡的屍骸,是超新星大爆炸後中心殘留物質坍縮形成的,具有質量、角動量、電荷。雖然不能直接觀察到,但其巨大的引力場會對自己周邊物質和天體會造成擾動和影響,科學家可以從這些跡象獲得其存在的位置、活動軌跡和質量。

憑著對黑洞性質的這些瞭解,科學家已經通過巨大的EHT視界望遠鏡陣列,拍攝到了黑洞的真實照片,並在全世界同步發佈,進一步證實了愛因斯坦100年前的預言無比正確,彰顯了這種特殊天體的證實存在。

黑洞不是一個洞,物質掉進黑洞後並不會一穿而過,而是被無限的引力曲率撕碎拉扯到無底的深淵那個奇點裡,這個奇點已經變形為超時空的東西,不屬於三維時空了,但其質量曲率還明顯的在那裡。

4月10日公佈的世界首張黑洞照片,是M87星系中心超大質量黑洞,有67億個太陽質量,這樣的天體如果還算不上實打實,豈不冤枉?

至於所謂窟窿,很難定義。有人老拿我們日常生活事情來幻想,牆上有個窟窿就可以穿越牆外。但宇宙中沒有這樣的牆,在宇宙邊界無限曲率下,你只能沿著彎曲的時空走,每秒鐘30萬公里速度的光線也不例外,因此宇宙沒有窟窿可以穿越其外。

愛因斯坦預言的蟲洞,或稱時空隧道迄今尚沒有存在的證據。即使真的存在,也不是本問題描述的“窟窿”,而是引力漩渦導致的一個時空細管,是連接兩個遠距離時空的一條捷徑,這條捷徑出不了宇宙,只是在宇宙的時空曲率中穿梭。

所以黑洞是天體,而且是我們宇宙非常重要的天體;黑洞不是窟窿,宇宙沒有題主想象的這種窟窿;宇宙不存在穿越出去的窟窿,宇宙是時空物質三位一體的總和,宇宙之外沒有時空,怎麼出去呢?

這些都是天文物理學常識,如果沒有基本的常識認知,實無法理解上述一些概念和原理的,讓我們共同多學點基礎知識吧。

謝謝,歡迎共同探討。


時空通訊


黑洞是一個實體 只不過因為引力過大 連光速都無法逃脫他的引力 所以你看不到他本尊 只能看到圍繞他旋轉的高速粒子

這個和關燈了你看不見你家的衣櫃 難道它就不是實體的問題一樣 你看不見不代表沒有 可以通過引力波以及圍繞他旋轉的天體來感知他的存在 就好像空氣是透明的 但是你可以通過風感覺到空氣的存在


世82


原創思想,黑洞應該是實打實的天體而不是窟窿了,但任何的物質性東西亦是有著這樣的窟窿性質而相穿相透的了,但黑洞由於是大質量性的天體而就是有著實打實的黑洞性窟窿了。或者說這就是物質性質量性運動性的變維度性的扭曲性了,或是質變性量變性的轉換性而形成岀來的多維度性的變化性了。這就是所謂說的物質性是有著九竅玲瓏性而生的了,這就有著黑洞的這些窟窿性質的天體而反應著這些物象性質出來了。而至於宇宙窟窿外面的是什麼的,可能是哺育著宇宙的能量性了,而時時提供著能量性而養活著宇宙了。但不知是不是這樣的認為,而下面就交給磚家們繼續的討論吧!


踏浪而來37326050


黑洞是宇宙中的空間,就是恆星與行星背面的空間,太陽只能照射恆星與行星對面的這個面,而恆星和行星的背面太陽照射不到的就是黑洞,黑洞在宇宙中就是一個球體到另一個球體中間空隙,太陽又照不到的背面就是黑洞,黑洞不能稱天體,窟窿都在宇宙內,宇宙沒有內外之分。


我的名字白興長明白嗎


黑洞是現代廣義相對論中,存在於宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強大,使得視界內的逃逸速度大於光速。故而,“黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體”

1916年,德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦場方程的一個真空解,這個解表明,如果一個靜態球對稱星體實際半徑小於一個定值,其周圍會產生奇異的現象,即存在一個界面——“視界”,一旦進入這個界面,即使光也無法逃脫。這個定值稱作史瓦西半徑,這種“不可思議的天體”被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為“黑洞”。

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黑洞引力帶來的加速度導致的摩擦而放出x射線和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,還可以取得位置以及質量。


紐約51


既然都說了是假設了。黑洞裡面是什麼?是從來不知道也不可能知道的。因為黑洞連光它都逃逸不了。我們人類是根本無法觀察他的。除非天文技術水平達到了一定的程度之後,我們能開著自己的宇宙飛船開進黑洞去才能研究。但是一般很少有飛船能經得起黑洞這種引力的。反正現在關於黑洞的理論一切都是猜想,誰也沒有看到過真正的黑洞內部是什麼東西。有可能進入黑洞之後就會進入另一個世界。


我思so我在


黑洞是一個天體。黑洞十分危險,它吸收一切東西,包據光線,距我們最近的黑洞也十分遠,因此人類對其瞭解不多。

少數科字家甚至認為:我們的太陽系就在一個黑洞之中。


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