什么是黑洞?(一口气搞清楚什么是黑洞)
据说今晚将发布第一张黑洞照片,人们开始想知道黑洞长什么样。
(资料图片)
但是,说到黑洞,很多人只熟悉“黑洞”这个词,却要问这是什么,为什么会有黑洞?很少有人能回答。今天,我们来讨论一下:黑洞是什么?
逃逸速度
宇宙中有句俗语:质量为王。
意思是说天体在宇宙中混合的如何,完全和它们自身的质量有关。质量呢?这就是重力。人不飘的原因是地球吸引人。想逃离地球该怎么办?
没办法,只要速度够快。如果速度能达到11.2km/s,就可以逃离地球,流浪。这个速度被称为第二宇宙速度。第一宇宙速度其实就是绕地球飞行的速度。
如果速度能达到16.7km/s,就可以逃离太阳系,流浪。这个速度被称为第三宇宙速度。
事实上,这些宇宙速度也被称为逃逸速度。也就是它们摆脱天体引力所需的速度。
这时科学家想,根据相对论的基本假设,光速是最快的,那么如果一个天体的逃逸速度是光速甚至大于光速,光就飞不出去了吗?
一个叫卡尔·史派西的物理学家,在研究爱因斯坦的广义相对论方程时,推导出逃逸速度为光速的天体的半径。这个半径叫做空间半径。
半径取决于天体的质量。例如,地球的空间半径是9mm,这意味着如果地球质量不变,地球被压缩到骰子大小,光就无法从地球表面逃逸。而太阳的太空半径只有3公里。
后来,科学家惠勒把这种天体称为光逃不出黑洞。
由黑洞形成?
知道黑洞的特征,但是黑洞是怎么形成的?
整个过程大概是这样的。如果有一颗恒星,它比太阳大,活了大半辈子,马上就要死了。但是,它不会就这么消失,你还得挣扎,玩火,炸掉,才会死。这种状态被称为超新星爆炸。
这一幕其实很壮观,瞎了眼也没什么。
最后只剩下一个细胞核。如果这个核心的质量足够大,在引力作用下就会变成黑洞。
黑洞的脾气从何而来?在许多天体中,黑洞是出了名的暴力。根据广义相对论,当空时质量会发生扭曲,使得周围物体只能沿着弯曲的测地线运动。
例如,地球绕着太阳转。本质上,当太阳弯曲空时,地球沿着测地线运动。
然而,与黑洞相比,太阳简直不值一提。也就是说黑洞可以吸走所有的光,因为空被扭曲时的效应强到远远大于太阳的光无法逃逸。事实上,不管能不能逃脱。
黑洞只能进出?
由于黑洞的这种特性,科学家认为黑洞只能进不能出。
后来有个大科学家站出来说,不是这样的!黑洞会蒸发。这位科学家就是霍金。
他是这么认为的。根据海森堡的测不准原理,在true 空中,会在一瞬间产生正负虚粒子对。因为能量守恒定律,正负虚粒子对会在瞬间再次消失。后来科学家用实验证实了这一现象。科学家称这种现象为量子波动。
如果黑洞附近存在真空量子涨落,那么正负虚粒子对就有可能被吸进去。但在某些情况下,只有负能量的虚粒子被吸进去,而正能量的粒子没有。
此时,从外面看,黑洞似乎喷出了正能量的虚粒子。事实上,黑洞在这个过程中一直在损失能量,这也被称为霍金辐射。
但是霍金做了详细的计算,发现一个质量超过太阳10倍的黑洞完全蒸发需要10 ^ 66年。
要知道,宇宙只有138.2亿岁,和这个数字相比还是很小的,也就是说这个理论根本无法验证。然而,这一理论已经被许多科学家所接受。辐射是霍金的最高学术成就,但这一理论能否成立还需要进一步证实。
那都是关于黑洞的。让我们期待今晚发布的黑洞照片!