什么的黑洞(什么黑洞是什么)
针对什么的黑洞这个问题,本文将综合不同朋友对这个什么黑洞是什么的知识为大家一起来解答,希望能帮到大家
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黑洞到底是什么样子的?有什么比较确切的形容?
黑洞是宇宙中存在的一种特殊天体,是大质量恒星灭亡后的尸骸。
这种尸骸是天体食物链中的顶级吃货,通吃一切天体。
在黑洞极端引力范围,任何靠近它的天体都会被它拉扯撕碎,吃进它肚子里,落入那无底的深渊。
说黑洞无底,是因为所有的物质都掉落到一个没有体积的奇点中不见了,去了另外一个世界。
科学家们对这个奇点的描述是:体积无限小、曲率无限大、温度无限高、密度无限大。
什么是无限小?一个电子、一个中微子、一个光子也不是无限小。
量子力学认为,人类认识最小的极限是普朗克尺度,这个尺度为1.6x10^-35米,也就是1千亿亿亿亿分之一米。
电子尺度为10^-16m,普朗克尺度比电子小1千亿亿倍。
奇点当然比这个还要小,否则就不叫奇点了,也不是无限小了。
人类目前还没有发现普朗克尺度的物质,就更别说能够认识奇点了。
所以现代所有理论在奇点处失效。
因此奇点不是我们世界可以认识的,也不是我们世界的东西,而是超时空另外一个世界的东西。
现代量子力学认为进入黑洞视界内的各种物质都塌缩到了奇点,就是到了其他时空去了,所以黑洞是吃不饱的,因为它把物质都搬到我们无法认知的地方去了。
那么黑洞是什么形状的呢?
前面说了,黑洞实体是一个奇点,对于我们来说就是乌有。
但黑洞无毛理论认为,黑洞哪怕没有了物质的一切性状,但还有三个物理量留在我们的世界,这就是质量、角动量、电荷。
因此,这就是我们世界能够观测到黑洞的线索。
黑洞奇点无限曲率会在自己周围形成一个引力场,在这个引力场里一切物质都将被吞噬,连光线也不例外。
这个引力场呈现球形,与黑洞质量成正比。
这就是我们常说的黑洞史瓦西半径,计算史瓦西半径的公式为:
R=2GM/C²
式中,R为史瓦西半径(m),G为引力常量(6.67x10^-11N·m/kg),M为天体质量,C为光速。
宇宙最小的黑洞有太阳质量3倍多,史瓦西半径约为9000米;已知宇宙中最大黑洞有太阳质量的660亿倍,史瓦西半径约1980亿公里。
这个公式表明,当与质量成正比的一个临界点,光速都不能逃脱时,这就是一个黑洞。
因此,黑洞就是一个无法看到的黑咕隆咚的球。
这个球有角动量,其角动量是继承了原天体的角动量,根据角动量守恒定律,物体在一定角速度下,半径变得越小,旋转得就会越快。
就像花样滑冰运动员,当其甩开退旋转时是很慢的,但当她将身体收缩成最小半径时,就快速旋转起来。
因此黑洞的旋转速度是极快的,有的接近光速。
在黑洞附近的天体及星际物质,被黑洞强大引力所吸引,会在史瓦西半径周围形成吸积盘,高速的运行使吸积盘的物质激烈碰撞,迸发出高温高亮的可见光和强大的能量射线流,这样人们就能够观测到这个黑洞。
在史瓦西半径的边缘表面,会有一层吸积盘物质包裹,使人们可以看出黑洞的形状,这个像一层包膜样的可见部分,就叫黑洞事件视界,以这层膜为界,就是黑洞可以观测到和不能观测到的分界线。
旋转的角动量会把吸积盘甩成像一个草帽边,巨大而发亮。从这个角度看,黑洞就像两个合在一起极速旋转的草帽,或者一对合起来的民间乐器铜钹。
什么是旋转的黑洞?
我们知道,太阳有自己的自转方向,地球除了自转外还围绕太阳转。黑洞具有极强的吸纳力,那么黑洞是静止不动地吸纳这周围的物质呢,还是按照一定的方向运动呢?研究发现,宇宙中的黑洞是极为神秘的,是由一定质量的恒星发生引力坍缩而形成的致密天体,通常都会进行旋转。有时候是两个黑洞相互围绕着旋转,这种情况下各种宇宙物理环境就显得非常复杂。
旋转黑洞又称克尔黑洞,它有两个视界和两个无限红移面,而且这四个面并不重合。黑洞很庞大,但是也有边界。视界就是黑洞的边界,也就是指任何物质(经典物理范围内)都无法逃脱的边界。无限红移面是指光在这个面上发生无限红移,即光从一个边界射出后发生引力红移,红移后的频率为零。
克尔黑洞不像施瓦西黑洞和带电黑洞的视界和无限红移面那样是重合的,两个无限红移面分别在内视界内部和外视界外部,它们与视界所围成的空间分别称为内能层和外能层。外能层不属于克尔黑洞,只能算作黑洞的附属部分。它们组合很像我们常见的鸡蛋,克尔黑洞是蛋黄,外能层是外面包围的一圈蛋清。
在一定条件下,外能层中的物质可能穿出无限红移面进入外部世界。在特定条件下,能量较低的粒子穿入能层后,可能从能层中获得能量,穿出时有较高的能量。这就是彭若斯过程。反复操作这个过程,可以提取黑洞的能量,使能层变薄。黑洞的转动动能靠的就是这些能量。然而,当能层越来越薄之后,黑洞旋转的动能也就会随之减少了。直到当能层消失后,克尔黑洞就会退化为不旋转的施瓦西黑洞,也就不能再继续以这种方式提取能量了。
黑洞旋转的效应是一个非常重要的现象,侧向运动形成的强大能量喷流,部分的动能来自黑洞的转动时产生的能量,这好比是台球桌上利用旋转产生的能量去击打另一个球一样。而黑洞旋转与侧向运动产生的能量之间并不互为反作用,其是一个连续递进的过程,其结果就是让能量喷射流远离黑洞。
当黑洞旋转速度越来越快时,内外视界就有可能合二为一,我们称其为极端克尔黑洞。当旋转速度再增加一点,视界消失,奇环裸露在外面。这与彭若斯的宇宙监督假设矛盾。这样看来,黑洞的旋转速度是有限制的。当外部飞船飞入克尔黑洞时,会不可抗拒地穿过内外视界间的区域,进入内视界内部后可以在其中运动而不一定落在奇环上。飞船可以从这里进入其他宇宙,从另一个宇宙的白洞出来。这就是克尔黑洞预言的可穿越虫洞。然而,宇宙监督认为内视界内部区域不稳定,飞船可能还没有到达这个区域就已经撞向奇环了。因此宇宙监督不仅不允许我们的宇宙受奇异性的干扰,似乎也封住了一切可穿越虫洞的入口,不允许我们去发现另一个宇宙。
杨百翰大学教授大卫尼尔森介绍说:黑洞就像一个宇宙中超级发电机,其不仅具有较大的角动量进行高速自转,也存在极为强大的磁场,当这两者相作用时,黑洞高速旋转效应所产生的电磁张力会将自身的磁力线拉动并扭曲,这个过程将释放出强烈的辐射和巨大的能量。比如,位于银河系人马座A极有可能就是一个超大质量黑洞,其所产生的强大高能喷流辐射足以影响到100万光年之外的宇宙空间。
科学家们观测到代号为GROJ1655-40的旋转黑洞附近的时空受到黑洞影响发生的凹陷现象,这将有助于科学家们测量黑洞的质量和旋转,从而完整地描述黑洞。
黑洞是什么?黑洞的详细资料
甚么是黑洞
黑洞是一个时空的黑暗区,由一些质量颇大的星体经重力塌缩后所剩馀的东西,是一个重力极大的天体。视界内任何物质都不能从里面跑来,甚至是光都不例外,所以是一颗渿黑的天体,因而得名为黑洞。因为无法从可见光这途径看到黑洞,所以只能以被黑洞吸引掉落其上的物质所释放的辐射来确定它们的存在。
黑洞的形成
当一颗质量相当大的星体的核能耗尽后(巨大的恒星:质量是太阳质量的八倍以上)死亡时,恒星的残骸可能会形成黑洞。而黑洞的形成是因为大质量的恒星在演化的未期都会发生超新星爆炸,没有辐射压力去抵抗重力,平衡态不再存在,这星体将全面塌缩,成为中子星。若其中子星的总质量大于三倍太阳的质量,那么连中子简并气体压力也不能平衡重力,星体将塌缩至它的重力半径范围之内。这时,引力之大足以使一切粒子,都被引回星体本身,不能逃脱。
黑洞的界限
当一个黑洞形成后,塌缩还会进行下去,所有物质会无可避免,所有质量将集中在一个非常细小的质点,称为奇点。黑洞的表面层称为事件穹界。而这表面层和中心奇点的距离就是史瓦半径。任何物质要从黑洞的史瓦半径跑到外面去,它的逃离速度便要大于光速。但根据狭义相对论,光速是速度的极限。重力庞大得连光线也逃不出去,这个连光线也逃不出去的面,称为事相面。光线和任何物质都只能从事相面外部进入其内部,而无法从里边逸出。这个事相面的里边就是黑洞。
探索的黑洞
黑洞不发光,所以是不可能用天文望远镜规测得到的。但根据理论,当周围的物质被吸引时,就会透露出黑洞的存在。如果一对双星中的伴星是黑洞,那么主星的物质被吸引向黑洞而形成一个吸积环。当吸积环的物质被吸入黑洞时,因摩擦而引起高温,而放出X光线。于是我们就能将重点放于X射线密近双星上。
黑洞是一个大质量恒星死去后的残骸,是一个重力极大的天体。
黑洞内任何物质都不能从里面跑出来,甚至是光都不例外,所以是一颗渿黑的天体,因而得名为黑洞。
黑洞之始篇——黑洞的形成
当一颗质量相当大的星体的核能耗尽死亡时,恒星的残骸可能会形成黑洞,而黑洞的形成是因为大质量的恒星在演化的未期都会发生超新星爆炸。
当恒星核的燃料耗尽,核反应停止,没有任何力足以去抵抗引力,平衡态不再存在,这星体将全面塌缩,成为白矮星,这是其中一种致密态,这种是以泡利不相容原理,电子(费米子的一种)便产生出一种巨大的内部量子压力,阻止了粒子继续压缩;
根据推算,白矮星不能支持大于太阳1.4倍(原恒星质量为太阳质量的十倍)的质量,如果大于这临界值,泡利不相容原理所产生的排斥力已不能再抵抗引力,恒星便可以违背泡利不相容原理继续压缩下去,形成中子星——以中子之间的电磁力来阻止收缩;
但若超新星爆炸后残骸的总质量大于三倍太阳的质量,那么连中子之间的电磁压力也不能平衡重力,星体将塌缩至它的重力半径范围之内。
这时,引力之大足以使一切粒子,都被引回星体本身,化为体积为零的点——奇点,再也不能逃脱。
有些黑洞是在宇宙形成时亦跟著形成的,这些黑洞称为原初黑洞,这些黑洞的质量可以很低,在黑洞之消逝篇会向大家解释。
黑洞之结构篇——黑洞的边界和内部空间
当一个黑洞形成后,塌缩还会进行下去,所有物质会无可避免,所有质量将集中在一个体积为零的质点,称为奇点。
黑洞的表面层称为事件穹界(视界),而这表面层和中心奇点的距离就是史瓦西半径。
任何物质要从黑洞的史瓦西半径跑到外面去,它的逃离速度便要大于光速。但根据狭义相对论,光速是速度的极限。
重力庞大得连光线也逃不出去,光线和任何物质都只能从视界外部进入其内部,而无法从里边逸出。
这个视界的里边就是黑洞,所以视界便是黑洞大小的边界象徵。
黑洞之种类篇——黑洞无毛?
目前公认的理论认为,黑洞只有三个物理量有意义:质量、电荷、角动量(转速)。
也就是说:对于一个黑洞,一旦这三个物理量确定下来了,这个黑洞的特性也就确定了,这称为黑洞的无毛定理。
由于黑洞一定有质量,所以可造成不同类形黑洞的因素只有电荷和角动量,黑洞因而可以只分为四类:
没有旋转和没有电荷的黑洞:史瓦西黑洞,这是一种理想化的黑洞,实际上应该没甚么可能会出现;
有旋转但没有电荷的黑洞:克尔黑洞,这种黑洞应该最为普遍,因为星体的收缩会加速旋转,而大部分星体都会自转,所以会自转的黑洞也应该也很多;
没有旋转但有电荷的黑洞:带电黑洞,虽然黑洞保留部分原恒星电荷,但由于黑洞可以在很短的时间里捕获足够另一电荷的粒子而成为电中性,所以一个这种黑洞的电量亦小至可以完全忽略其天体物理效应;
有旋转和电荷的黑洞:克尔-纽曼黑洞,由于电荷的影响极微,所以它亦可看作克尔黑洞来处理。
黑洞之消逝篇——黑洞会蒸发
因为宇宙的扩张,温度便会下降,根据热力学,温度较高的物体的能量会流向温度较低的物体。
由于黑洞也有温度,根据量子力学的测不准原理,黑洞的质量会慢慢地以霍金辐射的形式离开黑洞,黑洞便会缩小和减少质量,所以当黑洞中的所有物质都离开了黑洞后,黑洞便会消失。
以现今的宇宙整体温度来说,只有质量小于月球的黑洞才能散失能量,而其他黑洞都是在吸收宇宙的能量而增大自己的尺度。
黑洞之死亡篇——黑洞的消失
黑洞蒸发到后期会加速进行,以至于在一次像是猛烈的放射后消失殆尽。 黑洞的其中一个性质是温度和质量成反比。
当黑洞的质量去到小行星那么低时,温度便有6000度,并放出可见光; 当黑洞的质量去到十亿吨(大约为一座山的质量)时,大小只有一个质子般,温度便高于10^12度,这时的辐射便是由伽玛射线光子和大质量基本粒子混合组成;
当黑洞的质量去到很低时,黑洞便会以剧烈的爆发来了结自己的生命,而它在最后0.1秒里释放的能量相当于一百万颗百万吨级氢弹。
如果你接近黑洞的中心,黑洞的引力效应——「潮汐力」,会把任何物体撕碎,这过程称为意大利粉化。
会通去边?
正常来说是不能通到其他地方的,只会坠入黑洞奇点,成为黑洞的一部分。
但亦有人认为坠入黑洞后会穿过虫洞(又称灰道)并由称为「白洞」的地方出来。
简单的来说,白洞可以说是时间呈现反转的黑洞。
进入黑洞的物质,最后应会从白洞出来,出现在另外一个宇宙。
由于具有和「黑」洞完全相反的性质,所以叫做「白」洞。
目前天文学家已经实际找到黑洞,但白洞并未真正发现,还只是个理论上的名词。
所以白洞的存在性还有待商确……
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