时间:2024-12-21 23:41
黑洞是一种迷人的天体,它的密度极其巨大(用NASA提供的例子想象一下:把10倍于太阳质量的恒星压缩到直径为纽约市大小的球体中,这样的密度就相当于黑洞的密度),尤其要说明的是,据目前已知理论,这些密度都集中于黑洞里的一个点--奇点。奇点拥有近乎无限的密度,由此产生极其强大的引力,以至于哪怕是拥有299792.458km/s速度的光子,只要足够接近黑洞,都会被它毫不客气地吸进去。
尽管黑洞这个术语直到1967年才被美国普林斯顿大学的物理学家John Wheeler(约翰·惠勒)提出,但是关于宇宙中存在一种无比致密的天体,以至于光子都无法逃脱的假说却存在了几个世纪。最著名的,就是由爱因斯坦的广义相对论所预言的,当一个大质量恒星死去时,它就会留下一个非常小的、致密的残核,如果这个残核的质量大于3倍的太阳质量,由它产生的强大的引力则会吞噬其他一切力量,最终形成黑洞。
科学家们并不能用那些探测x射线、可见光或其他电磁辐射的望远镜直接观察黑洞,但是,他们可以通过探测黑洞对其附近其他物质的影响,推测黑洞的存在,并进行研究。例如,当黑洞经过一片星际物质时,它就会把这片星际物质吸入其内,这个过程叫做“吸积”(accretion)。同样,如果一个普通的恒星靠近一个黑洞,它也会被强大的引力拉入黑洞的深渊,最后,我们会发现一颗巨大的恒星就这样被一个小小的黑洞吃掉了。随着黑洞吸引物质的加速,其温度也急剧上升,黑洞就会向太空中喷发出大量x射线。
近年来越来越多的天文发现提供了一些非常诱人的证据,表明黑洞会对其附近的物质产生某些戏剧性影响,例如,黑洞会放射出强大的伽马射线爆发,毁灭其附近的恒星;在有些区域,黑洞会诱发一些新恒星的生长,而在另外一些区域,黑洞可能会减缓恒星的生长。
穿过宇宙中的那一点将是一次完全无法幸存的旅行,在那里时间毫无意义,就连速度最快的粒子都无法逃离,一切都代表着你要进入一个黑洞了。
对于这次旅行,你必须做出一个假设:你是一个观测者,而不是一个真的掉进黑洞中的生命体,也就是说引力和能量不会对你的观测造成任何影响。有了这个看似不切实际的假设,那就让我们来看看黑洞内部到底是什么样子吧!
最开始,前往黑洞的路程将会是十分美丽的。虽然被认为一片漆黑,太空实际上缀满了五彩斑斓的遥远世界,似乎在无尽地照耀着你身边的一切,当然,除了你此次的目的地,一个漆黑的不详圆球:黑洞。

这个圆球可以被当作是一道光的瀑布,在瀑布的边缘就连光都不能逃逸,一条边缘线被它身后扭曲的光线清晰地衬托了出来,这条边缘线就被称为“事件视界”。当你加速向视界面前进时,你会经过光子层,从你身上反射出来的光子会开始绕黑洞运行,旋转一周后,它们会重新回到你的眼睛里,也就是说你可以在正前方看见自己的后脑勺。
你越往前,就会有越多被扭曲的空间出现在你身后,知道你仿佛是在背对着一面通向宇宙的窗户,此时你的速度已经被加速到接近光速了,然而一切才刚刚开始。
我们都知道,你的速度越快,时间走的就越慢。你距离黑洞越近,时间膨胀对你的影响就越大,你的时间流逝的会慢到如果你回头向身后看,可以看到从你以后会掉进这个黑洞的所有东西。
同样,在你的前面,物体经受更大的时间膨胀,也就是说你可以看到在你之前掉进这个黑洞的所有东西,你甚至可以一眼看完宇宙中这一点的全部历史,从大爆炸一直到遥远的未来。
然而这个阶段不会持续太长,因为你正在逐渐被视界包围,直到你身后最后的一个小光点也蓝移超过紫外线光谱,最后消失无踪,然后此时的你已经不能再看见任何东西了,而这时事情终于开始变得异常有趣,或者生活异常诡异。
黑洞的样子是:
黑洞由中心的一个由黎曼曲率张量出发构建的标量多项式在趋向此处发散的奇点和周围的时空组成,其边界为只进不出的单向膜:事件视界,事件视界的范围之内不可见。
依据爱因斯坦的广义相对论,当一颗垂死恒星崩溃,它将向中心塌缩,这里将成为黑洞,吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。
黑洞的蒸发:
由于黑洞的密度极大,根据公式我们可以知道密度=质量/体积,为了让黑洞密度无限大,而黑洞的质量不变,那就说明黑洞的体积要无限小,这样才能成为黑洞。黑洞是由一些恒星“灭亡”后所形成的死星,它的质量极大,体积极小。
但黑洞也有灭亡的那天,按照霍金的理论,在量子物理中,有一种名为“隧道效应”的现象,即一个粒子的场强分布虽然尽可能让能量低的地方较强,但即使在能量相当高的地方,场强仍会有分布,对于黑洞的边界来说,这就是一堵能量相当高的势垒,但是粒子仍有可能出去。
黑洞的外形,看起来像一个球体。
黑洞是一个完全由引力控制的空间区域。引力在各个方向上的作用都是一样的,这意味着黑洞会把所有方向上的东西都拉向一个共同的中心点。我们可以通过观察太阳得到一些启发,太阳基本上就是一团气体,被万有引力不可抗拒地压缩成一个几乎完美的球体。
黑洞的样子
黑洞是球体,原则上就没有所谓的上、下或侧面。如果一个黑洞在宇宙中是完全孤立的(也就是说在黑洞的周围没有任何物质、天体,不会发生吸积并产生吸积盘和物质喷流),无论我们朝哪个方向看,看到的黑洞都像一个漆黑的圆环,并且周围环绕着一圈光,而这圈光是来自黑洞后面的发光天体所发出的光线。
黑洞的样子如下:
2019年4月10日21时,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿)同时召开新闻发布会,宣布人类首次利用一个口径如地球大小的虚拟射电望远镜,在近邻超巨椭圆星系M87的中心成功捕获世界上首张黑洞图像。
公布的照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,看上去有点像个橙色的甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“阴影”,明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。
给黑洞成功拍照的意义
首先,对黑洞拍照使人们能够了解黑洞更多的细节特征,有助于天文学家理解喷流、吸积盘等结构的形成机理。
其次,此次拍摄的黑洞是一颗位于星系中央的大质量黑洞,被认为与整个星系的演化关系密切,观测得到的黑洞图像有望为人们揭示两者间的联系与作用机理。