黑洞到底是什么
黑洞既不是一个超大质量的星球,也不是一个洞。根据广义相对论,黑洞是一种特殊的时空区域,特殊到可以把光束缚住。
说到黑洞,就要从恒星说起。目前理论认为,恒星级黑洞(质量为太阳几倍至几十倍)的前身是大质量恒星。
当这些恒星无法维持核聚变反应之后,由于没有足够强的向外辐射压支撑,巨大的自身重力将会强烈压缩核心区域,即便是物质自身的结构也无法阻挡这种引力坍缩。最终,物质结构被完全破坏,它们都会坍缩到无穷小的奇点之中。
黑洞到底是什么 黑洞到底是什么东西
黑洞是现代广义相对论中,存在于宇宙空间中的一种天体。黑洞一旦形成,就会吞噬他周围所有的光线和所有的物质。黑洞在吸取周围星际物质的时候,这些星际物质也在围绕黑洞高速的旋转。
这些星际物质相互碰撞,会被加热到非常高的温度,就会向外发射一些可见光电磁波等一些辐射,这样我们就可以观测到黑洞。
黑洞的观念一开始是从理论上算出来的。1915年,爱因斯坦发表广义相对论,几个月后德国的物理学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)在爱因斯坦的重力场方程式中,找到一个精确解。史瓦西的精确解导出所谓的史瓦西半径,也就是一个不旋转且不带电的黑洞大小,在这个黑洞半径内,任何东西都无法逃脱,包括光。
目前寻找黑洞的方法都是依赖于间接的方法。在某些双星系统中,质量超过太阳20倍的恒星会率先走向毁灭,最终演化成黑洞。如果能够观测到恒星在绕着一个不可见的致密天体旋转,并且还能观测到相应的电磁辐射,就能推断出黑洞的存在,第一被认定为黑洞的天体——天鹅座X-1,就是这么被发现的。
黑洞里面是什么样子? 黑洞是什么
问:黑洞通向哪里?
答:让我们从黑洞是什么开始回答这个问题。
黑洞产生于庞大恒星的陨落。恒星的质量非常大,这意味着恒星的引力也非常大,正是引力使你可以站在地球上,而不会飘向太空。
图解:位于M87中心的超大质量黑洞,推估质量达太阳的数十亿倍。这是人类史上第一张直接对黑洞观测的天文影像,由事件视界望远镜所拍摄,发表于2021年4月10日。
恒星是由大量灼热的气体组成的星体,释放出大量的热量,从里往外地推动恒星。
通常来说,引力产生的拉力和热力产生的推力会彼此平衡,但是随着恒星“渐入暮年”,它将燃尽内部的燃料,推力也会逐渐减小。此时引力大获全胜,恒星所有的物质由于引力被向内拉去,最终成为一个点,就是我们所说的黑洞。
黑洞无法逃离
因为黑洞是由大量物质挤在很小的空间而形成的 用物理学语言说叫做密度很大,它能够产生巨大的引力,吸引一切靠近它的东西。
它产生的拉力非常强大,如果你过于靠近它,甚至拼尽全力快速经过它,都免不了被吸过去的命运。这被航天学家称作黑洞表面,一旦落入黑洞表面就绝无可能逃离。
图解:大麦哲伦云面前的黑洞 中心的模拟视图。请注意引力透镜效应,从而产生两个放大,以星云最高处扭曲的视野。银河系星盘出现在顶部,扭曲成一个弧形。
黑洞之所以叫做黑洞,是因为如果我们给黑洞拍一张照片,照片上什么也看不到,没有光线能够从黑洞中逃逸出来,而相机的原理就是记录光线,你只能看到黑洞周围黑黢黢的一个环。
图解:上:艺术家描绘超大质量黑洞从邻近的星体上抽走物质。 左下:超大质量黑洞的X光映像。 右下:超大质量黑洞的光学映像。
可惜的是,没有照相机能做到。航天学家们只能通过黑洞拉扯物体,趁物体尚未被完全吸进去的过程来一窥其貌。没有办法看到黑洞里面的样子
所以,黑洞通向何方?
图解:超大质量黑洞从吸积盘中吸积的概念图。
现在,让我们来回答这个大问题:当你进入黑洞之后,会发生什么?答案目前尚不可知,但我们正在试着解答!
一个说法认为,黑洞是虫洞的大门,虫洞连接着两个平行的空间,这意味着你可以跳进黑洞,然后来到宇宙的另一个角落,甚至是一个与我们的宇宙完全不同的平行宇宙。
图解:若地面附近有一个虫洞,它可能是这样的
航天学家花了大量的时间试图描绘虫洞的结构和原理,但除非能找到真正“看到”黑洞的方法,否则我们永远无法得知进入黑洞后是怎样的情景。
也许有一天你会变成一个科学家,解决这些未解之谜,所以继续探索这些神奇的问题吧!
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在广义相对论中,白洞是一种理论推测出来的时空区域,物质与光线无法进入这个区域中,但是可以从这个区域中向外出现。白洞的性质与黑洞相反,光与物质可以进入黑洞中,但是无法从黑洞中离开。这个理论最早由伊戈尔德米特里耶维奇诺维科夫在1964年根据对史瓦西解的计算,而提出这个假设。
图解:最大扩展黑洞时空结构图。水平方向是空间,垂直方向是时间。
目前已经有许多证据显示黑洞存在,到现在还没有任何证据表明白洞存在,因此白洞仍然只是一种由理论推导而出的假想星体。白洞的存在也违反热力学定理,因为热力学认为熵不是保持不变就是增加,但白洞会使熵减少。于2012年发表的一篇论文认为宇宙形成最初的大爆炸是短暂喷发的白洞。在论文中,作者还认为白洞理论可以解释2006年发现的伽玛射线暴——GRB 060614。
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