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人类对黑洞的认识并非是“黑洞” 与黑洞有关的十大事实

2016-06-27 11:19
木中君
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  最近,一条消息又让全世界物理学界为之沸腾,引力波再次被探测到了。引力波——这一缘起于宇宙间两个黑洞黑吃黑“火拼”事件产生的强烈时空振荡,再次被美国激光干涉引力波天文台(英文简称LIGO)“逮个正着”。

  这次重大事件的“始作俑者”黑洞,又一次向世人展示了其巨大能量和重要性。黑洞就是一个中心密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小的奇点和周围一部分空空如也的天区。由于黑洞本身没有任何辐射,所以我们不能直接观测到它,但可借由间接方式得知其存在与质量,并观测到它对其他事物的影响,最新的引力波发现正是如此。

黑洞的形成图

  从理论上来说,万物都可变成黑洞

  40年多前,英国著名物理学家史蒂芬·霍金提出了所谓的“霍金辐射”理论,即黑洞因为辐射而逐渐萎缩变小直至消失。

  多重宇宙示意图

  俗话说,“人红是非多”。作为宇宙间大咖级“网红”,关于黑洞的各种说法不绝于耳。有鉴于此,美国商业内幕(Business Insider)网站在最近的报道中,梳理了与黑洞有关的十大事实,以正视听。

  爱因斯坦并没有发现黑洞

  依据爱因斯坦相对论,当一颗垂死恒星塌缩,它将聚集成一点,这里将成为黑洞。它会吞噬邻近区域的所有光线和任何物质,其超强引力使得连宇宙中跑得最快的光都逃不出它的“魔掌”,以至于没有任何光线可以逃离,使原恒星所在区域变得异常黑暗,也就是所谓的黑洞。

  尽管爱因斯坦建立了广义相对论,但他并没有发现黑洞的存在。而德国物理学家、天文学家卡尔·史瓦西则是使用爱因斯坦广义相对论方程证明黑洞的确能够形成的第一人。

  1915年11月25日,爱因斯坦发表广义相对论,在天文与物理界掀起了轩然大波。此后不到两个月,史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解—也就是“史瓦西半径”,预言了黑洞的存在。

  中国科学院国家天文台研究员陆由俊对科技日报记者解释说:“‘史瓦西半径’是天体物理学的一个概念,讲的是一个物体的半径若小于(不含等于)其对应的史瓦西半径时,便是黑洞。天体物理学研究认为,银河系中心最大黑洞的史瓦西半径为780万公里;太阳质量对应的史瓦西半径为3公里;而地球质量对应的史瓦西半径为9毫米”。

  其实,此前的1783年,英国自然哲学家、地质学家约翰·迈克尔在给英国皇家学会的亨瑞·卡文迪许的一封信中,第一次提出了可能存在一种“暗星(Dark stars)”,相关内容后来发表在皇家学会1784年会报上。迈克尔表示,这种“暗星”的密度很大且非常紧凑,这就使它们拥有连光都无法逃脱的巨大引力。1967年,这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇巴德·惠勒命名为“黑洞”。

  理论上说万物都能成黑洞

  黑洞和我们的太阳之间的唯一区别是,黑洞中央由超致密的物质组成,这些物质赋予黑洞强大的引力场。正是这一引力场吞噬一切事物,包括光在内,这也是为什么我们无法看见黑洞的原因。

  从理论上来说,你能将万事万物变成一个黑洞。例如,如果你将我们的太阳缩小到大约6千米宽,那么,你其实已经将太阳系内所有质量压缩到一个非常小的空间内,这就使太阳变得非常致密,因此,也制造出一个黑洞。你能将同样的理论应用到我们身处的地球甚至你的身体。

  但其实,人们公认的一种制造黑洞的方式是:一个质量为太阳质量20倍到30倍的超大质量恒星的引力塌缩形成黑洞。

  当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料,由中心产生的能量再也无力对抗外壳巨大的重量。所以,在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体。质量小一些的恒星主要演化成白矮星;质量比较大的恒星则有可能形成中子星;而质量更大的则塌缩形成一个致密的黑洞。

  黑洞并非“吸血鬼”

  它是在时间和空间中形成的“洞”,不断吸积着周围的物质,增加自己的质量;还是光子的“牢笼”;它贪得无厌,永不停息地吞噬着周围的一切,这是世人绘制的黑洞的经典图像。

  黑洞总是给人一种恐怖色彩的感觉,在很多新闻报道中,我们可以看到黑洞无情吞噬周围物质甚至伴星的残忍画面。看起来黑洞好像将其周围的物质全部吸收,但这是一个常见的谬误。真实的情况是:伴星以恒星风的形式流出部分质量,恒星风中的物质接着落入其饥渴的邻居——黑洞的口中。

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