03.06 “瞭解了黑洞就瞭解了宇宙”這句話怎麼理解?

響馬21


關於黑洞的問題,需要我們明瞭黑洞的本質與定義。首先,我們看一個例子。父子倆在公園⛲️玩上拋皮球的遊戲。

當兒子👦往天上扔球⚽️時,球獲得了初始動能。然而,隨著球的升空,其動能不斷地轉換為地球🌍的引力勢能。直至能量全部完成轉換時,球就開始掉頭向下,又重新回到了地面。

如果由父親👨向天上拋球的話,該球的初始動能會變大。於是,球🏀會上升到更高的高度。

由於在動能與引力勢能轉換的過程中,球的質量相互抵消,所以,決定球上升的高度,取決於地球的引力和球的初始速度。

如果某一天體的密度非常大,以至於即便是初始速度達到了光速,也會因引力的束縛而掉頭向下時,那麼這一天體對外就成為黑色,不再輻射能量。於是,該天體就是我們所說的黑洞。

那麼,什麼天體可以具有如此大的密度,將光線封閉於其內,而不得逃逸呢?要知道,天體的穩定,是靠其內部粒子的熱運動抵抗引力,從而達到平衡狀態的。

行星🪐由於其質量較小,只能束縛住大分子(宏觀物質)。因而其熱度有限,只對外輻射較低頻率的熱能。所以,行星是不發光的。

而恆星束縛住的主要是原子層次的物質,如氫原子和氦等較輕的元素。由於恆星的質量巨大,使其內部會發生核聚變,從而不斷地產生能量。於是,普通的恆星在對外輻射☢️的同時,還能夠保持熱能與引力勢能的平衡。比如太陽🌞,其已經穩定地存在了大約五十億年左右的時間。

如果恆星內部的氫原子大都聚合為較重的元素,成為鐵元素時,其內部的核反應就停止了。於是,恆星的熱能不足以抵抗引力的吸引,會進一步地收縮,靠電子的動能來維持平衡,就形成了白矮星。

如果隨著對外輻射能量,使白矮星的溫度進一步地降低。於是,即便是電子也失去了動能,跌入原子核中,與質子結合為中子。這一靠中子的動能維持平衡的星體就是中子星。其密度之大,相當於把地球縮小至一個高爾夫球⛳️的尺寸。不過,即便是如此高密度的天體,其逃逸速度仍然沒有達到光速,還會對外輻射能量。

如果中子星進一步地冷卻,使其內部的中子無法抵抗引力的吸引,就會繼續塌陷。此時,再無任何層次的粒子阻止收縮,作為基本粒子的中子被它們相互的碰撞💥和擠壓而解體,還原為不可再分的最小粒子即量子。

於是,新的天體靠量子的動能來維持其平衡。該天體的密度之大,以至於連光子也無法逃逸出來。於是,該天體不再對外輻射可見光,成為我們看不見的黑色天體。這就是黑洞,是天體演化的最後階段。

由於量子的不確定性,具有隧道效應。於是,只有少量的高能量子如x射線和伽馬射線可以輻射出來。這就是為什麼,許多x射線源是黑洞的原因。

所以,即便是黑洞仍然會對外輻射能量,其需要不斷地吸食外來的物質以補充能量,來維持其穩定的存在。

如果黑洞的周圍不再有可供吸收的物質時,黑洞就會因失去能量而不斷地收縮,使其內部量子的能量越來越大,從而加速了黑洞的x射線的輻射,最終走向了大爆炸,在輝煌的爆發中解體,還原為空間的一份子。

說到此,您是否會覺得與我們宇宙的大爆炸有些相似呢?它們都是由不可再分的最小粒子即量子構成的能量團,都具有封閉性;即便是受到激發的量子即光子也逃逸不出來,成為高能量子的封閉體系。

同理,由於各種基本粒子如電子和質子也都是由高能量子組成的封閉體系,從這個意義上來說,各種基本粒子也是黑洞,是宇宙中最小的封閉體系。

總之,在自然界中,只有兩種基本的存在形式,即離散的粒子和封閉的系統。宇宙是我們所能感知的最大封閉體系,基本粒子是我們已知的最小封閉體系,而黑洞則是介於兩者之間的封閉體系。

它們都是由量子構成的,從而使能量轉變為了物質;它們都由於其密度的巨大,使量子被封閉於其中,近似地成為不對外輻射能量的物體,謂之黑體。


淡漠乾坤


這要從黑洞的來源說起

黑洞首先是理論的產物,遠遠超越了實際天文觀測,也就是說,理論上預言黑洞的存在在前,實際觀測到黑洞在後。

黑洞的存在是由廣義相對論推導出來的。而廣義相對論完全是愛因斯坦依靠那個絕世聰明的大腦想出來的,愛因斯坦曾經說:“如果我不發現狹義相對論,那麼5年之內肯定也會有人發現它;如果我沒有發現廣義相對論,50年之內也不會有人發現它!”這絕不是吹牛,廣義相對論完全來自愛因斯坦聰明的大腦,來自他對萬有引力與時空關係的敏感,以至於一開始愛因斯坦找不到一種數學工具來表達引力的物理行為,很幸運這時候已經有了黎曼幾何,愛因斯坦終於可以用數學工具來對廣義相對論進行描述。

早期的黑洞模擬圖像

1916年德國數學家史瓦西首次根據廣義相對論也就是愛因斯坦場方程推導出無自旋黑洞周圍的時空細節,不過當時愛因斯坦對此並不相信,他認為一個有質量的星球不會被壓縮到黑洞這種極端的地步。史瓦希所提出的“視界”概念,也就是光線都無法逃脫的黑洞的引力邊界,對於愛因斯坦來說也是不可思議的。史瓦希在理論上發現黑洞後50年,天體物理學家也開始對黑洞產生了興趣,按照他們的計算,恆星在生命末期,當恆星的質量足夠大,中子之間的排斥力不足以抵抗萬有引力的時候,就會形成黑洞,這個質量最低要3個太陽質量。天體物理學家通過對中子星,白矮星,超新星的觀測,證實了對恆星發展末期的理論推想。因此黑洞存在的理論基礎也更加充分。

而在理論物理學家這方面,也沒有閒著。1963年新西蘭數學家克爾推導出了自旋黑洞周圍的時空細節,而20世紀70年代早期,霍金推導出了一系列黑洞感受其他天體潮汐力以及吞噬恆星、相互碰撞的時空細節。同時計算機技術的發展也為黑洞的研究提供了新的幫助,就像霍金和索恩(諾貝爾物理學獎獲得者,《星際穿越》的科學顧問)關於“裸奇點”黑洞的打賭,霍金認為不存在沒有視界的裸奇點黑洞。而通過計算機模擬,在特定的經過精確調整的引力波爆炸影響條件下是可以存在的,這個賭注霍金輸了。

相對於黑洞理論的活躍,天文觀測方面進展緩慢,這是因為黑洞不可見的,距離也太遠。2012年,加州大學洛杉磯分校的女天文學家Andrea Ghez經過數十年的觀測,根據銀河系中心恆星的運動軌跡,發現它們繞著銀河系中心一個看不到的410萬倍太陽質量的黑洞在公轉。

通過對銀河系中心附近恆星軌跡的觀測,發現銀河系中心有個巨大的黑洞

2019年才由“事件視界望遠鏡”發佈了首張黑洞照片。黑洞的照片和《星際穿越》裡面計算機模擬出來的黑洞效果極其相似。這是因為電影裡面是根據目前理論物理學對於黑洞的各種特徵,比如黑洞的視界,吸積盤,旋轉,噴流,還有巨大引力引起的引力透鏡效應等等,進行的視覺效果模擬。

《星際穿越》電影裡面對黑洞的影像模擬

而黑洞的照片與模擬影像之間的擬合也證明了理論物理學的正確。雖然人類的觀測手段剛剛才能對黑洞進行正面觀測,而100年前就可以通過廣義相對論推導出黑洞的存在。到目前對黑洞的各種特性都進行了相當多的理論研究。

從以上可以看出來,對黑洞的瞭解完全就是理論物理學和天體物理學發展的結果,雖然只是理論研究,但是大大擴展了物理學的邊界,產生了很多理論,使得廣義相對論的研究更加豐富。但是對於黑洞的觀察,則會更有力的促進理論物理學的發展。

黑洞中心的奇點,是個非常特殊的地方。在這裡的時空彎曲無限強,奇點的各種物理特徵,已經達到了愛因斯坦廣義相對論的理論極限,奇點的物理特徵只能用量子引力的理論去解釋。

裸奇點計算機模擬圖像,沒有視界,只有引力透鏡效應

假如真的在宇宙中哪個地方存在裸奇點,或者某一天科技發展到可以利用引力波爆炸來製造一個裸奇點,那麼物理學家就可以通過觀測奇點的物理特徵,來完善量子引力理論,這會使得人類的物理科學得到一次飛躍,意義不亞於愛因斯坦發現廣義相對論。


身輕如雁


講真,這句話稍微有點片面。

我覺得正確的說法是瞭解了黑洞、引力波、暗物質、暗能量,就會更瞭解宇宙。

為什麼這麼說呢?

實際上,所有的理論都是有侷限性的,牛頓力學只能解釋我們所在的宏觀世界,說白了,出了地球和月球組成的地月系統,有一些微小的誤差,運動速度特別快的情況下,誤差也會很大。

這個時候相對論就在大尺度上派上了用場,它可以解釋高速運動的情況,以及更大尺度的宇宙。

可是,相對論也是有問題的,它的問題不在於是對是錯,而是和牛頓力學一樣,是有一個適用範圍的。我們都知道相對論的基本假設有光速,光速是物質,信息,能量的最快速度。

但是有很多光到達不了或者和電磁波不發生作用的地方,比如:暗物質,暗能量(這兩佔據目前所知的宇宙總量的95%以上),宇宙大爆炸前38萬年的情況。而黑洞中的奇點也是目前理論的一個盲區。

不僅如此,光速還限制了我們所能看到的宇宙的大小,我們能看到的宇宙叫做可觀宇宙,只是整個宇宙的一部分。

也就是說,其實目前,在大尺度上,科學的幾個研究重點就在暗物質,暗能量,黑洞以及引力波(它的適用面比電磁波更廣)

所以,如果能夠對這四樣東西都有所瞭解,我們將更加深刻地理解這個宇宙。


鍾銘聊科學


的確如此!如果人類真正的明白了什麼是黑洞(質量奇點,具有巨大的質量,慣性和引力,沒有能量,也不能轉換成能量,永遠不可能被看見),並在實驗室中製造出最小的黑洞,那麼宇宙就再無秘密可言,粒子物理和宇宙學的探索就達到終點🏁!

可以認為,黑洞就是科學王冠上的一顆黑鑽石! 科學史上最偉大的突破!

所以,2020年科學突破的重中之重就是製造黑洞! 當然這正是本民科畢生最重要的使命之一。

不過,製造出黑洞對於主流物理來說,卻是天大的壞消息! 因為黑洞一旦被製造出來,主流物理的整個理論體系必將會淪為一片廢墟瓦礫!

所以物理大咖們還是祈禱,別製造出黑洞吧!


外星文明新時代


《宇宙與人類真實歷史》

我們這個宇宙實際是多時空的物體,宇宙本身就是一個巨大生命體,是宇外大智慧造就。同時同地有許多空間同時存在,每個空間都有山水動植物,龍鳳麒麟等等其實就是其他空間生命。

高層空間的人,我們稱其為神佛仙道等等。低層空間則是鬼類古人叫陰間,我們人生存的三維空間叫陽間。研究懂了都是科學不是迷信,所以有人說科學的盡頭是神學。

當今科學也知道宇宙是多時空的,提出多維空間理論,特別量子學更是發現宇宙是有思維的,也知道宇宙是多時空的,所以提出平行宇宙理論。

哪個民族都講神用泥土造人。其實是高層空間的泥土,在高空間造就然後放到地球表面三維空間中,在給我們加上這個肉身,同時怕人類太聰明瞭做惡,所以把人大腦封閉百分之八十多,眾多本能特異功能也封閉,只有修練提高道德才給打開大腦與本能。

人類的靈魂多是犯天條被打下來的,給人一個機會讓人修練提高道德再返回家園才是人生目地。所有正的宗教都同理。也就是高層空間不同種族的神類仿照自己形象造就地球上自己的種族人體形象,而元神靈魂多是各層空間犯罪的神類生命。

所以人類才是地球之主,一切動植物都是給人類造就,吃用欣賞玩的。大陸板塊是運動的,天災人禍沉入海底,所以海底有城市遺址,新陸地高層生命再給造就新物種。那個進化論能把人騙死。什麼都是不解之迷。

地球也是給人造就的,把高層空間垃圾塞進地球裡做為人類的能源,煤礦就是高層空間樹木,石油是高層空間的動物屍體。這也是科學不解之迷,因為地球上根本沒那麼多動植物與形成的條件,必須把眾多動植物突然聚在一起,塞進地下高壓高溫才可,否則爛掉。…

中國古體字實際是高級生命傳給人類,目地講清宇宙,使人提高道德返回去。那麼豐富語言只能講清一點,因為人類思維必須有時空概念,而宇宙到一定境界無時空,比如宇宙之外就如此,中國文化卻知道,比如混沌、太虛空無等等。刪改漢字那是最大破壞文化。

許多人問為何看不見外星人?它飛碟早突破空間的飛行,比如它進入一個無時間的空間,去哪裡一瞬間,快的無法想象,所以才能星際旅行。人家走的是封閉高速,你走的泥路,當然看不見人家了。許多磚家講飛碟什麼空氣動力學等等,聽了可笑。

(歡迎轉帖)


真理再現人間


黑洞也只是宇宙天體的一種,宇宙中還有更多的天體形態,也有更多的物體形態,特別是宇宙空間中更基本的混沌光子場態等等。


光量子宇宙


黑洞非“洞”,而是一個超級天體,或可稱之為“黑洞星”。說它是超級天體,因為它是一個超高密度、超大質量、超強引力的超級星體——憑想象猜猜。


中體詩創作者


這句話的意思是,科學家們在黑洞面前沒了主張!

黑洞是人類三大難題之一。

實際上,瞭解了黑洞只能說是取得了階段性勝利,可以解釋目前困惑科學家的問題,由於宇宙是無限的,所以瞭解了黑洞不代表瞭解了宇宙。


深藍ME


這句話的意思是,人類不可能完全瞭解黑洞,所以不可能瞭解整個宇宙。


秋色正傑


“瞭解了人類就基本上了解了宇宙”。原因是宇宙從外面演化到裡面,而人類則從裡面發展到外面,其兩者只是手法上剛好相反,這是宇宙和人在大腦與身體上的先後順序顛倒而己。


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