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黑洞是什么?怎样构成的?黑洞外面是什么样子?
问:黑洞通向哪里?
答 :让咱们从黑洞是什么开局回答这个疑问。
黑洞发生于庞大恒星的陨落。
恒星的品质十分大,这象征着恒星的引力也十分大,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核心的超大品质黑洞,推估品质达太阳的数十亿倍。
这是人类史上第一张直接对黑洞观测的天文影像,由事情视界望远镜所拍摄,宣布于2019年4月10日。
恒星是由少量灼热的气体组成的星体,监禁出少量的热量,从里往当地推进恒星。
通常来说,引力发生的拉力和热力发生的推力会彼此平衡,但是随着恒星“渐入晚年”,它将燃尽外部的燃料,推力也会逐渐减小。
此时引力大获全胜,恒星一切的物质由于引力被向内拉去,最终成为一个点,就是咱们所说的黑洞。
黑洞无法逃离
由于黑洞是由少量物质挤在很小的空间而构成的(用物理学言语说叫做密度很大),它能够发生渺小的引力,吸引一切接近它的物品。
它发生的拉力十分弱小,假设你过于接近它,甚至拼尽全力极速经过它,都免不了被吸过去的命运。
这被航天学家称作黑洞外表,一旦落入黑洞外表就绝无或许逃离。
图解:大麦哲伦云背地的黑洞(核心)的模拟视图。
请留意引力透镜效应,从而发生两个加大,以星云最高处歪曲的视线。
河汉系星盘出如今顶部,歪曲成一个弧形。
黑洞之所以叫做黑洞,是由于假设咱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载光线,你只能看到黑洞周围黑黢黢的一个环。
图解:上:艺术家描画超大品质黑洞从临近的星体上抽走物质。
左下:超大品质黑洞的X光映像。
右下:超大品质黑洞的光学映像。
惋惜的是,没有照相机能做到。
航天学家们只能经过黑洞拉扯物体,趁物体尚未被齐全吸出来的环节来一窥其貌。
没有方法看到黑洞外面的样子
所以,黑洞通向何方?
图解:超大品质黑洞从吸积盘中吸积的概念图。
如今,让咱们来回答这个大疑问:当你进入黑洞之后,会出现什么?答案目前尚无法知,但咱们正在试着解答!
一个说法以为,黑洞是虫洞的大门,虫洞衔接着两个平行的空间,这象征着你可以跳进黑洞,而后到来宇宙的另一个角落,甚至是一个与咱们的宇宙齐全不同的 平行宇宙。
图解:若低空左近有一个虫洞,它或许是这样的
航天学家花了少量的期间试图描画虫洞的结构和原理,但除非能找到真正“看到”黑洞的方法,否则咱们永远无法得悉进入黑洞后是怎样的情形。
兴许有一天你会变成一个迷信家,处置这些未解之谜,所以继续 探求 这些神奇的疑问吧!
相关知识加长浏览
在狭义相对论中,白洞是一种实践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,但是无法从黑洞中退出。
这个实践最早由伊戈尔·德米特里耶维奇·诺维科夫在1964年依据对史瓦西解的计算,而提出这个假定。
图解:最大裁减黑洞时空结构图。
水平方向是空间,垂直方向是期间。
目前曾经有许多证据显示黑洞存在,到如今还没有任何证据标明确洞存在,因此白洞依然只是一种由实践推导而出的假想星体。
白洞的存在也违犯热力学定理,由于热力学以为熵不是坚持不变就是参与,但白洞会使熵增加。
于2012年宣布的一篇论文以为宇宙构成最后的大爆炸是持久喷发的白洞。
在论文中,作者还以为白洞实践可以解释2006年发现的伽玛射线暴——GRB 。
参考资料
百科全书
2.天文学名词
3. Ayue- theconversation
关于黑洞的资料
【黑洞简介】
黑洞是密度超大的星球,吸纳一切,光也逃不了.(如今有迷信家剖析,宇宙中不存在黑洞,这须要进一步的证实,但是咱们在学术上可以存在不同的意见)
黑洞有渺小的引力,连光都被它吸引而无法逃脱.黑洞中躲藏着渺小的引力场,这种引力大就任何物品,甚至连光,都难逃黑洞的手掌心。
黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见,这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。
咱们无法经过光的反射来观察它,只能经过受其影响的周围物体来直接了解黑洞。
只管这么说,但黑洞还是有它的边界,既”事情视界”.据猜想,黑洞是死亡恒星的残余物,是在不凡的大品质超巨星坍塌收缩时发生的。
另外,黑洞必定是一颗品质大于钱德拉塞卡极限的恒星演变到末期而构成的,品质小于钱德拉塞卡极限的恒星是无法构成黑洞的.(无关参考:《期间简史》——霍金•著)
■物理学观念的解释
黑洞其实也是个星球(相似星球),只不过它的密度十分十分大, 接近它的物体都被它的引力所解放(就似乎人在地球上没有飞走一样),不论用多大的速度都无法脱离。
关于地球来说,以第二宇宙速度(11.2km/s)来航行就可以逃离地球,但是关于黑洞来说,它的第二宇宙速度之大,居然逾越了光速,所以连光都跑不出来,于是射出来的光没有反射回来,咱们的眼睛就看不就任何物品,只是彩色一片。
【黑洞趣事】
在你浏览以下关于黑洞的复杂迷信知识以前,先知道两个出当初黑洞周围的两个幽默现象。
■趣事一:变动着的期间
依据狭义相对论,引力越强,期间越慢。
引力越小,期间越快。
咱们的地球由于品质较小,从一个中央到另一个中央,引力变动不大,所以期间差距也不大。
比如说,喜马拉雅山的顶部和山底只差几千亿之一秒。
黑洞由于品质渺小,从一个中央到另一个中央,引力变动十分渺小,所以期间差距也渺小。
假设喜马拉亚山处在黑洞周围,当一群登山静止员从山底登程,比如说他们所处的期间是2005年。
当他们登顶后,他们发现山顶的期间是2000年。
■趣事二:假设河汉系被黑洞排汇
另外一个幽默的现象也是依据狭义相对论,引力越强,期间越慢,物体的长度也增加。
假设河汉系被一个黑洞所吸引,在被排汇的环节中,河汉系会变成一个米粒大小的物品。
河汉系里的一切物品包含地球都按相正比例增加。
所以在地球上的人看来,河汉系照旧是浩瀚无际。
地球上的人照旧照常下班学习,跟他们在反常状况下一样。
由于在他们看来,周围的人和物体和他们的大小比例相关不变。
他们浑然不知这一切都出现一个米粒大的环球里。
旦由于黑洞周围引力渺小,任何物体都不能长期间待留。
假设河汉系被一个黑洞所吸引,地球上的人只要几秒的期间去体验第一个现象.
【黑洞能源学】
为了了解黑洞的能源学和了解它们是怎样使外部的一切事物逃不出边界,咱们须要探讨狭义相对论。
■狭义相对论相关
狭义相对论是爱因斯坦创立的引力学说,实用于行星、恒星,也实用于“黑洞”。
爱因斯坦在1916年提出来的这一学说,说明空间和期间是怎样因大品质物体的存在而出现畸变。
简言之,狭义相对论说物质笔挺了空间,而空间的笔挺又反上来影响穿梭空间的物体的静止。
再让咱们看一看爱因斯坦的模型是怎样任务的。
首先,思考期间(空间的三维是长、宽、高)是理想环球中的第四维(只管难于在平时的三个方向之外再画出一个方向,但咱们可以尽力去想象)。
其次,思考时空是一张渺小的绷紧了的体操扮演用的弹簧床的床面。
爱因斯坦的学说以为品质使时空笔挺。
咱们无妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情形:石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些,只管弹簧床面基本上依旧是平整的,但其中央仍稍有下凹。
假设在弹簧床中央搁置更多的石块,则将发生更大的效果,使床面下沉得更多。
理想上,石头越多,弹簧床面笔挺得越凶猛。
雷同的情理,宇宙中的大品质物体会使宇宙结构出现畸变。
正如10块石头比1块石头使弹簧床面笔挺得更凶猛一样,品质比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳品质的天体使空间笔挺得凶猛地多。
假设一个网球在一张绷紧了的平整的弹簧床上滚动,它将沿直线行进。
反之,假设它经过一个下凹的中央 ,则它的门路呈弧形。
同理,天体穿行时空的平整区域时继续沿直线行进,而那些穿梭笔挺区域的天体将沿笔挺的轨迹行进。
如今再来看看黑洞关于其周围的时空区域的影响。
想象在弹簧床面上搁置一块品质十分大的石头代表密度极大的黑洞。
人造,石头将大大地影响床面,不只会使其外表笔挺下陷,还或许使床面出现断裂。
相似的情形雷同可以宇宙出现,若宇宙中存在黑洞,则该处的宇宙结构将被撕裂。
这种时空结构的分裂叫做时空的奇同性或奇点。
如今咱们来看看为什么任何物品都不能从黑洞逃逸进来。
正如一个滚过弹簧床面的网球,会掉进大石头构成的深洞一样,一个经过黑洞的物体也会被其引力圈套所捕捉。
而且,若要援救运气不佳的物体须要无量大的能量。
咱们曾经说过,没有任何能进入黑洞而再逃离它的物品。
但迷信家以为黑洞会缓慢地监禁其能量。
驰名的英国物理学家霍金在1974年证实黑洞有一个不为零的温度,有一个比其周围环境要高一些的温度。
依照物理学原理,一切比其周围温度高的物体都要监禁出热量,雷同黑洞也不例外。
一个黑洞会继续几百万万亿年分发能量,黑洞监禁能量称为:“霍金辐射”。
黑洞散尽一切能量就会隐没。
处于期间与空间之间的黑洞,使期间加快脚步,使空间变得有弹性,同时吞进一切经过它的一切。
1969年,美国物理学家约翰•阿提•惠勒将这种得陇望蜀的空间命名为“黑洞”。
咱们都知道由于黑洞不能反射光,所以看不见。
在咱们的脑海中黑洞或许是悠远而又乌黑的。
但英国驰名物理学家霍金以为黑洞并不如大少数人想象中那样黑。
经过迷信家的观测,黑洞周围存在辐射,而且很或许来自于黑洞,也就是说,黑洞或许并没有想象中那样黑。
而且这些粒子出现碰撞后,有的就会隐没在茫茫太空中。
普通说来,或许直到这些粒子隐没时,咱们都不曾无时机看到它们。
霍金还指出,黑洞发生的同时,实粒子就会相应成对出现。
其中一个实粒子会被吸进黑洞中,另一个则会逃逸,一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。
对观察者而言,看到逃逸的实粒子就觉得是看到来自黑洞中的射线一样。
所以,援用霍金的话就是“黑洞并没有想象中的那样黑”,它实践上还发散出少量的光子。
依据爱因斯坦的能量与品质守恒定律。
当物体失去能量时,同时也会失去品质。
黑洞雷同听从能量与品质守恒定律,当黑洞失去能量时,黑洞也就不存在了。
霍金预言,黑洞隐没的一瞬间会发生猛烈的爆炸,监禁出的能量相当于数百万颗氢弹的能量。
但你不要满怀希冀地抬起头,以为会看到一场烟花扮演。
理想上,黑洞爆炸后,监禁的能量十分大,很有或许对身材是有害的。
而且,能量监禁的期间也十分长,有的会超越100亿至200亿年,比咱们宇宙的历史还长,而彻底散尽能量则须要数万亿年的期间
“黑洞”很容易让人顾名思义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。
所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。
依据狭义相对论,引力场将使时空笔挺。
当恒星的体积很大时,它的引力场对时空简直没什么影响,从恒星外表上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。
而恒星的半径越小,它对周围的时空笔挺作用就越大,朝某些角度收回的光就将沿笔挺空间前往恒星外表。
等恒星的半径小于一特定值(天文学上叫“施瓦西半径”)时,就连垂直外表发射的光都被捕捉了。
到这时,恒星就变成了黑洞。
说它“黑”,是指任何物质一旦掉出来,就再不能逃出,包含光。
实践上黑洞真正是“隐形”的.
【黑洞的不凡】
与别的天体相比,黑洞是显得太不凡了。
例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连迷信家都只能对它外部结构提出各种猜想。
那么,黑洞是怎样把自己暗藏起来的呢?答案就是——笔挺的空间。
咱们都知道,光是沿直线流传的。
这是一个最基本的知识。
可是依据狭义相对论,空间会在引力场作用下笔挺。
这时刻,光只管依然沿恣意两点间的最短距离流传,但走的曾经不是直线,而是曲线。
笼统地讲,似乎光原本是要走直线的,只不过弱小的引力把它拉得偏离了原来的方向。
在地球上,由于引力场作用很小,这种笔挺是微不足道的。
而在黑洞周围,空间的这种变形十分大。
这样,即使是被黑洞挡着的恒星收回的光,只管有一局部会落入黑洞中隐没,可另一局部光线会经过笔挺的空间中绕过黑洞而抵达地球。
所以,咱们可以毫不费劲地观察到黑洞反面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。
更幽默的是,有些恒星不只是朝着地球收回的光能直接抵达地球,它朝其它方向发射的光也或许被左近的黑洞的强引力折射而能抵达地球。
这样咱们不只能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的正面、甚至后背!
“黑洞”无疑是本世纪最具备应战性、也最让人激动的天文学说之一。
许多迷信家正在为揭开它的奥秘面纱而辛勤任务着,新的实践也不时地提出。
不过,这些当代天体物理学的最新成绩不是在这里喋喋不休能说分明的。
有兴味的好友可以去参考专门的论著。
【黑洞的划分】
按组成来划分,黑洞可以分为两大类。
一是暗能量黑洞,二是物理黑洞。
■暗能量黑洞
它关键由高速旋转的渺小的暗能量组成,它外部没有渺小的品质。
渺小的暗能量以接近光速的速度旋转,其外部发生渺小的负压以吞噬物体,从而构成黑洞,概略请看宇“宙黑洞论”。
暗能量黑洞是星系构成的基础,也是星团、星系团构成的基础。
物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩构成,具备渺小的品质。
当一个物理黑洞的品质等于或大于一个星系的品质时,咱们称之为奇点黑洞。
暗能量黑洞的体积很大,可以有太阳系那般大。
■物理黑洞
它的比起暗能量黑洞来说体积十分小,它甚至可以增加到一个奇点。
【黑洞的吸积】
黑洞通常是由于它们靠拢周围的气体发生辐射而被发现的,这一环节被称为吸积。
高温气体辐射热能的效率会重大影响吸积流的几何与能源学个性。
目前观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。
当吸积气体接近中央黑洞时,它们发生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。
对吸积黑洞光度和光谱的剖析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。
数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也局部是由黑洞的自转所驱动的。
天体物理学家用“吸积”这个词来形容物质向中央引力体或许是中央延展物质系统的流动。
吸积是天体物理中最广泛的环节之一,而且也正是由于吸积才构成了咱们周围许多经常出现的结构。
在宇宙早期,当气体朝由暗物质形成的引力势阱核心流动时构成了星系。
即使到了当天,恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂,进而经过吸积周围气体而构成的。
行星——包含地球——也是在新构成的恒星周围经过气体和岩石的汇集而构成的。
但是当中央天体是一个黑洞时,吸积就会展现出它最为壮观的一面。
但是黑洞并不是什么都排汇的,它也往外边分发质子.
【黑洞的消灭】
■萎缩直至消灭
黑洞会收回夺目的光芒,体积会增加,甚至会爆炸。
当英国物理学家史迪芬•霍金于1974年做此言语时,整个迷信界为之触动。
黑洞曾被以为是宇宙最终的积淀所在:没有什么可以逃出黑洞,它们吞噬了气体和星体,品质增大,因此洞的体积只会增大。
霍金的实践是受灵感摆布的思想的飞跃,他联合了狭义相对论和量子实践。
他发现黑洞周围的引力场监禁出能量,同时消耗黑洞的能量和品质(当一个粒子从黑洞逃逸而没有归还它借来的能量,黑洞就会从它的引力场中丢失雷同数量的能量,而爱因斯坦的公式E=mc^2标明,能量的损失会造成品质的损失)。
当黑洞的品质越来越小时,它的温度会越来越高。
这样,当黑洞损失品质时,它的温度和发射率参与,因此它的品质损失得更快。
这种“霍金辐射”对大少数黑洞来说可以疏忽不计,而小黑洞则以极高的速度辐射能量,直到黑洞的爆炸。
■沸腾直至消灭
一切的黑洞都会蒸发,只不过大的黑洞沸腾得较慢,它们的辐射十分强劲,因此另人难以发觉。
但是随着黑洞逐突变小,这个环节会减速,以致最终失控。
黑洞萎缩时,引力并也会变陡,发生更多的逃逸粒子,从黑洞中掠取的能量和品质也就越多。
黑洞萎缩的越来越快,促使蒸发的速度变得越来越快,周围的光环变得更亮、更热,当温度到达10^15℃时,黑洞就会在爆炸中消灭。
【黑洞与地球】
黑洞没有详细外形,你也无法看见它,只能依据周围行星的走向来判别它的存在。
兴许你会由于它的奥秘莫测而吓的大叫起来,但实践上基本用不着过火担忧,只管它有弱小的吸引力但与此同时这也是判别它位置的一个关键证据,就算它对距地球极近的物质发生影响时,咱们也还有足够的期间援救,由于那时它的“正式边界”还离咱们很远。
况且,恒星坍缩后大局部都会成为中子星或白矮星。
但这并不象征着咱们就可以安适警觉了(谁知道下一刻被吸入的会不会是咱们呢?),这也是人类钻研它的要素之一。
恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是依次的五个密度当量星体,密度最小的当然是恒星,黑洞是物质的终极外形,黑洞之后就会出现宇宙大爆炸,能量监禁进来后,又进入一个新的循环.
【黑洞的提出】
1967年,剑桥的一位钻研生约瑟琳•贝尔发现了天空发射出无线电波的规定脉冲的物体,这对黑洞的存在的预言带来了进一步的鼓舞。
后来贝尔和她的导师安东尼•赫维许以为,他们或许和咱们星系中的外星文化启动了接触!我确实记得在宣布他们发现的探讨会上,他们将这四个最早发现的源称为LGM1-4,LGM示意“小绿人”(“Little Green Man”)的意思。
但是,最终他们和一切其他人都获取了不太浪漫的论断,这些被称为脉冲星的物体,理想上是旋转的中子星,这些中子星由于它们的磁场和周围物质复杂的相互作用,而收回无线电波的脉冲。
这关于写空间探险的作者而言是个坏信息,但关于咱们这些过后置信黑洞的少数人来说,是十分大的宿愿——这是第一个中子星存在的证据。
中子星的半径大概10英里,只是恒星变成黑洞的临界半径的几倍。
假设一颗恒星能坍缩到这么小的尺度,预料其余恒星会坍缩到更小的尺度而成为黑洞,就是天经地义的了。
在黑洞这个概念刚被提出的时刻,共有两种光实践:一种是牛顿赞成的光的微粒说;另一种是光的动摇说。
咱们如今知道,实践上这两者都是正确的。
由于量子力学的波粒二象性,光既可以为是波,也可以为是粒子。
在光的动摇说中,不分明光对引力如何照应。
但是假设光是由粒子组成的,人们可以预料,它们正似乎炮弹、火箭和行星那样受引力的影响。
起祖先们以为,光粒子有限快地静止,所以引力无法能使之慢上去,但是罗麦关于光速度有限的发现标明引力对之可有关键效应。
1783年,剑桥的学监约翰•米歇尔在这个假定的基础上,在《伦敦皇家学会哲学学报》上宣布了一篇文章。
他指出,一个品质足够大并足够紧致的恒星会有如此弱小的引力场,致使于连光线都不能逃逸——任何从恒星外表收回的光,还没抵达远处即会被恒星的引力吸引回来。
米歇尔暗示,或许存在少量这样的恒星,只管会由于从它们那里收回的光不会抵达咱们这儿而使咱们不能看到它们,但咱们依然可以感到它们的引力的吸引作用。
这正是咱们如今称为黑洞的物体。
它是名符其实的——在空间中的黑的空泛。
几年之后,法国迷信家拉普拉斯侯爵显然独自提出和米歇尔相似的观念。
十分幽默的是,拉普拉斯只将此观念归入他的《环球系统》一书的第一版和第二版中,而在以后的版本中将其删去,或许他以为这是一个愚昧的观念。
(此外,光的微粒说在19世纪变得不时尚了;似乎一切都可以以动摇实践来解释,而依照动摇实践,不分明光终究能否遭到引力的影响。
理想上,由于光速是固定的,所以,在牛顿引力论中将光相似炮弹那样处置真实很不协调。
(从低空发射入地的炮弹由于引力而减速,最后中止回升并折回低空;但是,一个光子必定以不变的速度继续向上,那么牛顿引力关于光如何出现影响呢?)直到1915年爱因斯坦提出狭义相对论之前,不时没无关于引力如何影响光的协调的实践。
甚至又过了很长期间,这个实践对大品质恒星的含义才被了解。
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