一口气搞懂黑洞

2019-05-14 17:11:06 0点赞 0收藏 0评论

不过说起黑洞,很多人只是对这“黑洞”两个字很熟悉,但要问它到底是什么,为什么会有黑洞?很少人能够回答上来,今天,我们就来聊一聊:黑洞到底是咋回事?


一口气搞懂黑洞



逃逸速度

在宇宙中有句黑话:质量为王。

意思是说,天体在宇宙中混的咋样,完全和自身的质量有关,那质量和有关呢?那就是引力。人之所以不会飘起来,正是地球对人有引力的作用。那如果想要逃离地球该咋办呢?

也不是没有办法,只要速度够快就行,通过牛顿的万有引力公式进行计算,如果速度能达到11.2km/s就可以逃离地球去流浪了。这个速度被我们称为第二宇宙速度。第一宇宙速度其实就是绕着地球飞行的速度。


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如果速度能达到16.7km/s就可以逃离太阳系去流浪了,这个速度被我们称为第三宇宙速度。


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其实这些宇宙速度还有个别名叫做:逃逸速度。也就是它们摆脱天体引力所需要的速度。

这时候科学家就寻思,按照相对论的基本假设,光速是最快的,那如果一个天体的逃逸速度就是光速甚至比光速还大,那光是不是就飞不出来了?

有个叫做卡尔·史派西物理学家在研究爱因斯坦广义相对论的方程时,就推导出了逃逸速度为光速的天体半径。这个半径被称为是史派西半径。

这个半径的大小取决于天体的质量。举个例子:地球的史派西半径为9毫米,意思就是说如果地球的质量不变,把地球压缩到只有骰子那么大的尺寸,光就无法从地球表面逃走了。而太阳的史派西半径也只有3千米。

后来,科学家惠勒给这种光都逃脱不了的天体叫做黑洞。


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黑洞形成的?

知道了黑洞的特点,但是黑洞到底是咋形成的呢?

整个过程大概是这样的,如果有一颗恒星,要比太阳大一些,活了大半辈子,马上要挂了。不过,它并不是直接就消失,而是临终前要挣扎一下,玩一次火,炸一下。这种状态就叫做超新星爆炸。


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这个场面其实是非常壮观的,亮瞎了眼都是小意思。

最后它炸得只剩下一个核。如果这个核的质量足够大,在引力作用下就会成为一个黑洞。

黑洞的暴脾气哪来的?

黑洞在众多天体里是出了名的暴脾气,根据广义相对论,质量会扭曲时空,使得周围物体只能沿着弯曲的测地线运动。

比如:地球绕着太阳运动,本质上其实是太阳压弯了时空,地球沿着测地线在运动。


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不过,太阳和黑洞比起来简直不值得一提,也就是说黑洞能把光都吸过来,是因为它扭曲时空的效果太强了,远远大于太阳,才使得光跑不出来,实际上,是任何物质都跑不了。


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黑洞只进不出?

正是因为黑洞的这个特点,科学家认为:黑洞只进不出。

后来有一位伟大的科学家站了出来说:不是这样的!黑洞是会蒸发的。这位科学家就是霍金。

他是这么认为的,根据海森堡不确定性原理,在真空中会在瞬间产生正反虚粒子对,因为能量守恒定律,正反虚粒子对会再瞬间消失。后来,科学家用实验证实这个现象。科学家把这个现象叫做量子涨落。


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如果黑洞附近有真空的量子涨落,那有可能正反虚粒子对会被吸进去。不过,在一些情况下,只有带负能量的虚粒子就被吸进去,而带正能量的那个粒子没有。

这个时候从外部观测,黑洞就好像吐出了带正能量的虚粒子,这个过程其实黑洞一直在失去能量,这也被叫霍金辐射。


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不过,霍金进行很详细的计算之后发现,10多倍太阳质量的黑洞完全蒸发需要10^66年,

要知道宇宙到现在才138.2亿年,比起这个数还小得很,也就是说根本无法验证这个理论。不过这个理论已经被很多科学家所接受。霍金辐射是霍金最高的学术成就,不过这个理论是否能够成立还需要进一步本证实。


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