黑洞是一種什么天體里面有什么東西
黑洞,霍金所研究的一個宇宙項(xiàng)目之一,到現(xiàn)在為止,沒有一個人類清楚到黑洞到底里面有什么。下面是小編分享的黑洞的解釋,一起來看看吧。
黑洞的解釋
黑洞就是有一個地球漏洞因?yàn)槔镞呅纬梢还蓮?qiáng)大的磁場而形成一種神秘的地域。這個地方經(jīng)常沉沒船只,飛機(jī)等,據(jù)說是被無底黑洞吸了進(jìn)去,象太平洋上的百慕大三角就是黑洞。
來自約翰-霍普金斯大學(xué)物理學(xué)與天文學(xué)系的Julian Krolik教授是該項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一,他說:“直到最近,我們研究小組的成員——來自弗吉尼亞大學(xué)的John Hawley和Jean-Pierre De Villiers——才編寫出足夠強(qiáng)大的計算機(jī)程序,足以跟蹤從動蕩的氣體、磁場,到相對論中定義的引力等所有被黑洞吸積的成分……這些程序打開了一扇探知物質(zhì)是如何落入黑洞這一復(fù)雜現(xiàn)象的窗口;也第一次揭示出復(fù)雜的磁場和愛因斯坦引力是如何結(jié)合、如何擠榨那些注定要永遠(yuǎn)封閉在黑洞之內(nèi)的物質(zhì),同時爆發(fā)出持久的能量。
在黑洞的外部邊界,牛頓提出的萬有引力定律不再有效,普通的軌道飛行也不可能出現(xiàn)。所以從這一點(diǎn)來說——正如過去30年所認(rèn)為的那樣——物質(zhì)將快速、平穩(wěn)和寂靜地陷入黑洞之中。因此按照流行的觀點(diǎn),黑洞——要不是它施加引力的話——只不過是一個大量物質(zhì)的被動吸納者。然而Krolik研究小組對那些落入黑洞的物質(zhì)進(jìn)行的第一次實(shí)際計算結(jié)果,卻與大家的預(yù)料截然相反。比如一般認(rèn)為,黑洞的附近應(yīng)該是平和而且寂靜的;可是與之相反,根據(jù)相對論,物質(zhì)往里陷落的同時也擴(kuò)大了物質(zhì)在流動時運(yùn)動的隨機(jī)性,使得密度、速度和磁場強(qiáng)度都產(chǎn)生劇烈變動,進(jìn)而驅(qū)使物質(zhì)和磁場來回波動。按照研究小組另一位領(lǐng)導(dǎo)者Hawley的說法,這種劇烈變動的后果是“顯而易見”的。
就像任何被攪動的流體一樣,直接靠近黑洞邊界的物質(zhì)會被加熱。這些額外的熱量所發(fā)出的光,地球上的天文學(xué)家都能看到,”Hawley說,“黑洞有一個特點(diǎn)就是它發(fā)出的光不斷變化。雖然人們30年前就知道了這個現(xiàn)象,但是直到現(xiàn)在也沒有找出造成這些變化的原因。而劇烈攪動中的加熱作用——現(xiàn)在已被視為黑洞附近磁力作用天然的副產(chǎn)品——正好為黑洞一直變化的發(fā)光量提供了一個合理的解釋。”
黑洞還有一個最驚人的特點(diǎn),就是它能以接近光速的速度噴發(fā)。雖然長久以來人們一直認(rèn)為磁場在這個過程中扮演了重要角色,但是Krolik等人首次模擬出一個磁場排出被吸積的氣體、從而產(chǎn)生噴發(fā)的具體過程。
也許該小組的計算機(jī)模擬方法最驚人的結(jié)果是,發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)黑洞附近的磁場在黑洞的吸積盤和遠(yuǎn)處旋轉(zhuǎn)著的物質(zhì)之間起到連接作用,就像一輛汽車的傳動器,牢牢連接著旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)和它的輪軸一樣。Krolik說:“如果一個黑洞誕生時旋轉(zhuǎn)得很快,就說明它的‘火車頭’非常強(qiáng)勁,而它所捕獲的大量物質(zhì),會逐漸降低它的旋轉(zhuǎn)速度。這些數(shù)量巨大的吸積物最后將‘接管’整個過程,將黑洞旋轉(zhuǎn)速度限制在一個上限之內(nèi)。”
在Krolik看來,作為“接管者”的吸積物,也許與黑洞許多最激動人心的特性有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。這也引起了他們廣泛的思考,比如:一個黑洞的噴發(fā)與其旋轉(zhuǎn)有關(guān),所以旋轉(zhuǎn)速度限制可能就決定了噴發(fā)的力度。
人類有進(jìn)去過黑洞嗎
是沒有的,因?yàn)楹诙矗强梢酝淌梢磺械?,包括光?/p>
附加一則關(guān)于黑洞的文章(可證明人類未進(jìn)入過黑洞):
黑洞其實(shí)也是個星球(類似星球),只不過它的密度非常非常大, 靠近它的物體都被它的引力所約束(就好像人在地球上沒有飛走一樣),不管用多大的速度都無法脫離。對于地球來說,以第二宇宙速度(11.2km/s)來飛行就可以逃離地球,但是對于黑洞來說,它的第三宇宙速度(16.7千米/秒)之大,竟然超越了光速,所以連光都跑不出來,于是射進(jìn)去的光沒有反射回來,我們的眼睛就看不到任何東西,只是黑色一片。
因?yàn)楹诙词遣豢梢姷?,所以有人一直置疑,黑洞是否真的存在。如果真的存在,它們到底在哪?
黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮,發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成一個密實(shí)的星球。
為了理解黑洞的動力學(xué)和理解它們是怎樣使內(nèi)部的所有事物逃不出邊界,我們需要討論廣義相對論。廣義相對論是愛因斯坦創(chuàng)建的引力學(xué)說,適用于行星、恒星,也適用于黑洞。愛因斯坦在1916年提出來的這一學(xué)說,說明空間和時間是怎樣因大質(zhì)量物體的存在而發(fā)生畸變。簡言之,廣義相對論說物質(zhì)彎曲了空間,而空間的彎曲又反過來影響穿越空間的物體的運(yùn)動。
讓我們看一看愛因斯坦的模型是怎樣工作的。首先,考慮時間(空間的三維是長、寬、高)是現(xiàn)實(shí)世界中的第四維(雖然難于在平常的三個方向之外再畫出一個方向,但我們可以盡力去想象)。其次,考慮時空是一張巨大的繃緊了的體操表演用的彈簧床的床面。
愛因斯坦的學(xué)說認(rèn)為質(zhì)量使時空彎曲。我們不妨在彈簧床的床面上放一塊大石頭來說明這一情景:石頭的重量使得繃緊了的床面稍微下沉了一些,雖然彈簧床面基本上仍舊是平整的,但其中央仍稍有下凹。如果在彈簧床中央放置更多的石塊,則將產(chǎn)生更大的效果,使床面下沉得更多
同樣的道理,宇宙中的大質(zhì)量物體會使宇宙結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。正如10塊石頭比1塊石頭使彈簧床面彎曲得更厲害一樣,質(zhì)量比太陽大得多的天體比等于或小于一個太陽質(zhì)量的天體使空間彎曲得厲害得多。
現(xiàn)在再來看看黑洞對于其周圍的時空區(qū)域的影響。設(shè)想在彈簧床面上放置一塊質(zhì)量非常大的石頭代表密度極大的黑洞。自然,石頭將大大地影響床面,不僅會使其表面彎曲下陷,還可能使床面發(fā)生斷裂。類似的情形同樣可以宇宙出現(xiàn),若宇宙中存在黑洞,則該處的宇宙結(jié)構(gòu)將被撕裂。這種時空結(jié)構(gòu)的破裂叫做時空的奇異性或奇點(diǎn)。
現(xiàn)在我們來看看為什么任何東西都不能從黑洞逃逸出去。正如一個滾過彈簧床面的網(wǎng)球,會掉進(jìn)大石頭形成的深洞一樣,一個經(jīng)過黑洞的物體也會被其引力陷阱所捕獲。而且,若要挽救運(yùn)氣不佳的物體需要無窮大的能量。
黑洞里面的物質(zhì)
黑洞是一類詭異之地,在這里我們所熟知的物理定律不再有效。愛因斯坦指出,黑洞的引力會彎曲時空,造成時空本身發(fā)生扭曲。因此如果有一個密度足夠高的物體, 時空將發(fā)生嚴(yán)重扭曲,以至于在這個物體周圍的現(xiàn)實(shí)時空之中形成一個類似凹陷的區(qū)域,這就是黑洞。當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星耗盡其燃料之后發(fā)生爆炸塌縮,這一過程將 足以產(chǎn)生這樣奇異的超級致密天體。當(dāng)超大質(zhì)量恒星的死亡核心在自身質(zhì)量作用下不斷收縮,它周圍的時空隨之扭曲。它的引力開始變得如此之強(qiáng),以至于光線也無法逃離它的掌控:在這顆恒星原先所在的位置上,一個新的黑洞出現(xiàn)了。
黑洞最外層的是它的事件邊界,也就是光線恰好開始無法逃離的引力范圍邊界。在這一區(qū)域之外,光線還可以逃離,而一旦越過這一邊界,任何逃離的努力都將是徒勞 的。事件邊界蘊(yùn)含著巨大的能量。此處的量子效應(yīng)會產(chǎn)生強(qiáng)大的高溫粒子流并向外輻射,這就是所謂的“霍金輻射”。這是以英國著名天體物理學(xué)家霍金教授的名字 命名的,因?yàn)槭撬钕阮A(yù)言了這種輻射效應(yīng)的存在。只要給予足夠的時間,這種霍金輻射將最終耗盡黑洞的所有質(zhì)量并導(dǎo)致黑洞的最終消亡。
隨著你逐漸深入黑洞,時空變得更加扭曲,直到抵達(dá)黑洞的核心——在這里,時空的扭曲達(dá)到無限程度,這就是“奇點(diǎn)”。在這里空間和時間不再有意義,我們所熟知的,基于時間與空間概念的物理學(xué)定律也將全部失效。
落入黑洞時會發(fā)生什么——你死了,但同時你活著
那么如果有一天你真的不幸落入其中一個黑洞之中,將會發(fā)生什么?首先我們假想你擁有一個名叫“安妮”(Anne)的同伴。你正朝著黑洞落去,而她仍然處于安全的距離外驚恐萬分地觀察著眼前的景象。從此刻開始,她將目睹一系列奇異現(xiàn)象。
隨著你朝著黑洞的事件邊界不斷加速下落。安妮將會看到你的身體逐漸被拉長并扭曲,就像透過一個放大鏡觀察你的感覺。并且隨著你越來越接近事件邊界,安妮會發(fā)現(xiàn)你的移動速度似乎變得越來越慢,就像在看慢動作鏡頭。
你沒有辦法向她呼喊,因?yàn)榭臻g里沒有空氣,但你想到用自己的iPhone手機(jī),利用閃光的方式向安妮發(fā)送一段摩爾斯電碼(真的有一個這樣的app)。然而你發(fā)出的信號向外傳遞的速度同樣非常緩慢,光線的波長已經(jīng)在強(qiáng)大的引力場中被嚴(yán)重拉伸,頻率變得很低:“我很好。。。我 很 好。。。 我。。。。。。。很。。。。。。。好。。。”
當(dāng)你最終抵達(dá)事件邊界,安妮會發(fā)生你靜止了,仿佛某人按下了暫停按鈕。她會看到你還在那里,一動不動,拉伸的身體開始被烈焰吞噬。
在安妮看來,你已經(jīng)因?yàn)榭臻g的拉伸,時間的靜止和霍金輻射產(chǎn)生的高熱,在甚至還未跨越事件邊界的時候變已經(jīng)化為灰燼了。
然而,在我們?yōu)槟銣?zhǔn)備葬禮之前,先讓我們忘掉安妮的報告,轉(zhuǎn)而從你自己的視角來看一看這段時間里你究竟經(jīng)歷了什么?好吧,現(xiàn)在更加詭異的事情出現(xiàn)了:你覺得什么事都沒有發(fā)生。
在你的下落過程中,你將感受不到拉伸,減速或是可怕的輻射。這是因?yàn)槟阏幱谧杂陕潴w狀態(tài)下,因此你感受不到重力的存在——愛因斯坦將這稱之為自己“最令人愉悅的想法”。
畢竟,事件邊界并不是一堵磚墻,而只是一種空間上的無形邊界。一名位于外部的觀測者無法目睹這一邊界內(nèi)部的事件,但這對于你而言不是問題——對你而言,這里并不存在什么邊界。
當(dāng)然,如果你正落入的是一個較小型的黑洞,那么你的確會有大問題。你將感受到強(qiáng)大的引力作用:你的腿部感受到的引力要比頭部強(qiáng)大的多,你將會像一根意大利面條那樣被拉長。但幸運(yùn)的是你現(xiàn)在落入的是一個大型黑洞,其質(zhì)量是太陽的數(shù)百萬倍,在這種情況下,那種會將人撕碎的引力差將變得非常小,幾乎可以忽略。
理論上說,在一個足夠大的黑洞中你可以正常的度過余生,直到最終落到黑洞中央的奇點(diǎn)上迎來死亡。
“正常”——有多正常?你可能會有這樣的疑問,因?yàn)榇藭r的你正墜入時空連續(xù)體中的裂隙,完全不以自己的意志為轉(zhuǎn)移,沒有辦法回頭——一定沒有人能夠體會你的感受。
但奇怪的是,實(shí)際上從某種角度來看,我們是能夠體會你的感受的——你是從空間上,而是從時間上——時間之河永恒地向前流淌,不以我們的意志為轉(zhuǎn)移,我們只能隨著時間向前走,沒有辦法回頭。
這并不僅僅是一個比方。黑洞將空間和時間扭曲到了一個極端的程度,以至于在黑洞內(nèi)部,時間和空間已經(jīng)互換了角色。從某種意義上說,是時間將你推向最后的奇點(diǎn)。你無法回頭逃離黑洞,一如我們無法回頭,回到過去。
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