什么是黑洞?

邢小燕

1915年,爱因斯坦提出广义相对论,给出了众人皆知的爱因斯坦场方程。与此同时,正处于同沙皇俄国作战前线的德国物理学家卡尔·史瓦西,在得知爱因斯坦的理论之后,在作战间隙完成了两篇相对论,得到了非旋转黑洞的精确理论解(也就是做了一个球对称的假设),这是第一个有关于爱因斯坦场方程的精确解,同时在文章中,史瓦西给出了黑洞的半径大小。

在史瓦西得到黑洞的第一个解之后,许多物理学家开始投身到这种神奇而有趣的天体研究。在上个世纪三十年代,美国的“原子弹之父”奥本海默研究发现:恒星在一定环境之下可以坍缩形成黑洞。

然而爱因斯坦却不太认同这种可能性,他根据直觉判断,黑洞这种天体并不存在,并且写了论文来反驳奥本海默。

因为没有没有实际的观测,所以很难判断熟对熟否。不过很遗憾的是,到爱因斯坦去世都没能发现这种神奇的天体。一直到了上个世纪60年代,美国科学家利用探空火箭在天鹅座区域偶然发现了一个非常明亮的X射线天体,这是人类于此区域发现的第一个X射线天体,但却不知其本质为何。于是天文学家将此天体命名为天鹅座X-1(Cygnus X-1),这便是人们今天所熟知的、人类历史上第一个黑洞候选体。

差不多就在同一时期,美国的科学家也发现了另外一类神奇的天体,类星体,后来被证认为超大质量的黑洞。

到目前为止,天文学家发现几乎在每一个星系的中心都存在着一个超大质量黑洞,而在我们的银河系当中,理应存在着上亿个恒星量级的黑洞,不过也只发现了几十个。

黑洞可以说是宇宙中最为简单的一类天体,它只需要用三个量就可以完整描述:质量,转动,电荷。然而在宇宙当中,电荷很容易被中和,所以宇宙当中的黑洞只需要两个量就可以完整描述,那就是质量和转动。而从结构上而言,黑洞也是非常简单,通常认为所有的质量是存在于黑洞的最中心,一个被称为奇点的地方。在奇点之外,存在一个叫做视界的虚拟球面,在这个球面之内,任何的信息包括光都不能逃离。

黑洞还具有一些其它神奇的性质,比如时间延迟等等。


黑洞来客

黑洞既然光不能逃离,那怎么会发现由它而来的x射线呢?可见黑洞仍然只存在于科学家的假设之中。实际情形是,这片称为黑洞的区域因为没有光发出,也就是宇宙中绝对零度的区域,在这片区域中,从四面八方射来的宇宙星光十分平衡,相对方向的星光互相抵消,导致这个区域的能量粒子热运动极小,近似于无光线发出。宇宙星光是万有引力的来源,宇宙中一切物质粒子都时时刻刻受来自各方向的星光照射,大部分所受合力较小,所以以一种有序的状态运转或存在。而在黑洞区域,这种合力为零,万有引力失去了效用,对外并无极强的引力之说。假如如经典理论所述,则我们现在都是在奔向黑洞的路途上,观察到星体湮灭于黑洞是分分秒秒的事,但事实上,黑洞并没有吞噬星体,反而和周围空间星体相安无事,所以黑洞只是光的平衡而已。关注本号,还原真实宇宙。


科学小宇宙

我个人就把他当做一个名字。所以关于黑洞的东西通通都是在人类的想象力里。像如来佛祖一样的存在。可是佛祖确实也影响了一代又一代的人。说他不存在也对,说他存在也对。根本没有一个可以证实的方法。就像高人经常说的有和没有中间的临界点一样。


加强版行颠

黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速。 1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名为“黑洞”。 “黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。黑洞无法直接观测,但可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”,可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。 2017年12月7日,美国卡耐基科学研究所科学家发现有史以来最遥远的超大质量黑洞,其质量是太阳的8亿倍。


时光之翼


孤猴78345271

黑洞已经不是什么神秘的东西了,按现代物理最新研究成果的理解,黑洞其实不是洞,是一个体积很小质量却很大的星体,由于超大的质量使得星体周围的空间扭曲成一个球体,外层称之为视界,星体中心早期被称为奇点,射向黑洞的光线进入视界后由于星体强大的引力作用,无法逃脱出扭曲的球体空间,也就无法反射出来,内部发出的光线也同样无法直线传播出来,所以外面看到的就像一个黑洞,但是黑洞在内部能量被激发的时候会喷射出高能射线。一切靠近黑洞的物体,即靠近视界边缘,而没有足够的初速度将很难逃脱黑洞,最终被黑洞的引力场捕获,进入视界内部后,在强大的引力作用下,物体将被被引力肢解。我是一名宇宙爱好者,欢迎与你交流。