人类所知道的宇宙黑洞有多少个?谁有好的关于宇宙知识的论坛介绍给我吗?
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时间:2024-08-17 08:59:08
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人类所知道的宇宙黑洞有多少个?谁有好的关于宇宙知识的论坛介绍给我吗?【专家解说】: 1967年,美国物理学家约翰·惠勒提出了黑洞这个专有名词。1783年,一位名叫约翰·米歇尔的英
【专家解说】: 1967年,美国物理学家约翰·惠勒提出了黑洞这个专有名词。1783年,一位名叫约翰·米歇尔的英国剑桥人,他写了一篇有关的论文。他引用牛顿的万有引力理论说,假设我们在地球表面上向上发射一颗炮弹,在炮弹上升的过程中,其速度会因为地球引力而减慢,最终,炮弹会停止上升而落回到地球上;然而,如果它的初速度大于某个临界值,它将永远不会停止上升并落回地面,它会一直向外运动,最后远离地球,这个临界速度就是我们现在所知道的逃逸速度。
这个剑桥人推论说,也许可能有这样的一颗恒星,它的质量非常大,同时它的半径非常小,这种特性会使得其逃逸速度非常大,这个速度会比光速还大;如果有这种恒星,那么就会发生这样的情况,从这颗恒星表面发出的光会被恒星的引力场拉回去,所以,这颗恒星发出的光不能到达我们这里;因此,我们看不到这颗恒星。
1915年,爱因斯坦创立广义相对论,在更高层面的理论上预言了黑洞。1939年,美国理论物理学家奥本海默和辛德也对黑洞的存在做出了推断。直到1967年,惠勒才正式为黑洞命名,他解释说:“它是黑的,并且看起来像一个洞,所以叫它黑洞。”
让我们来看看一个黑洞是怎么诞生的。太空中,一颗具有十倍太阳质量的恒星,在其寿命的末期,当其内部的核能耗尽,恒星就由于自身的引力开始坍缩。随着恒星收缩,表面上的引力场就变得越来越强大,逃逸速度就会增加。当它的半径缩小到三十千米,其逃逸速度就增加到每秒三十万千米,也就是光速。此后,任何从该恒星发出的光都不能逃逸,而只能被引力场拖曳回来。根据狭义相对论,没有东西可能比光速更快。如果光都不能逃逸,那其它东西就更不可能。这就形成了一颗黑洞:这是时空的一个区域,在这个区域内,光也被关“禁闭”了。 关于黑洞最出色的研究成果之一就是“黑洞无毛”定律。这是一种形象的说法,与人们熟知的“毛发”没有任何关系。这项定律是由著名的物理学家霍金和另外两名合作者共同证明的。这个定律表明,由于引力坍缩,而形成一颗黑洞,这颗黑洞会迅速地趋向于一种稳定态,这种稳定态只由三个参数来描述就够了:质量、角动量和电荷。
根据“黑洞无毛”定律,黑洞确实很简单,所有的黑洞都有质量,根据其电荷与旋转的性质,黑洞被分为史瓦西黑洞、克尔黑洞和克尔-纽曼黑洞等。
说到这里,该谈谈爱因斯坦对黑洞研究的贡献。我们知道,爱因斯坦去世于1955年,所以,在爱因斯坦活着的时候,还没有“黑洞”这个词。但是,爱因斯坦的相对论是研究黑洞的重要工具。这一点,被霍金充分地意识到了。根据广义相对论,当大质量恒星耗尽其核燃料时将会向自身坍缩。霍金和他的合作者证明了,大质量恒星会继续坍缩直至达到具有无限密度的奇点。至少对于该恒星以及在它上面的一切,这个奇点即是时间的终点。
1970年的一个晚上,正当霍金要上床睡觉的时候,他突然对黑洞问题有了灵感。他们发现,黑洞视界的面积不会随时间减小;而且,当两颗黑洞碰撞并合并成一颗单独的黑洞时,最终黑洞的视界面积比原先两颗黑洞的视界面积的和更大。这就为黑洞碰撞时可能发射的能量立下了一个重要的限制。
到1973年,霍金得到了更为令人吃惊的发现:黑洞并不完全“黑”!当时,霍金开始研究量子力学中的测不准原理对于处在黑洞附近弯曲时空的粒子的效应。他发现,测不准原理允许粒子和辐射以稳定的速率从黑洞漏出来。这个结果使几乎所有人,甚至包括他自己都大吃一惊。
依据另一位物理学家费曼的理论,测不准原理以某种方式允许粒子从黑洞中逃逸出来。对于一颗太阳质量的黑洞来说,粒子必须超光速运动几千米,所以其逃逸的概率非常低。它显示引力坍缩并不像过去以为的那样是死亡的结局,黑洞中粒子的历史不必在一个奇点处终结,相反,它们可以从黑洞中逃逸出来,并且在外面继续它们的历史。
黑洞作为最受关注的物理课题之一,对现代物理的影响不可不谓大。弦论是物理学的前沿,在解决黑洞的许多未知之谜中,已经取得了很大成果。黑洞的难题有很多,包括黑洞熵的起源,黑洞的信息丢失等等问题。在弦论中,对黑洞熵的问题,已经有一些很好的思路和办法。
我们知道,科学实验的进展,也会促进理论的研究。对于黑洞而言,实验科学家们正在设计这样的实验,由大型加速器制造“微型黑洞”,对这种黑洞的研究也可以推动物理学的发展。科学家们认为,如果真的能观察到“微型黑洞”,就能给弦论提供明确的验证,这是一种很有希望的检验弦论的方法。
霍金以研究黑洞而闻名于世。有一次,他和另两个物理学家朋友打赌,霍金认为,宇宙中不可能存在裸奇点。结果不到4个月之后,他就发现自己要输:黑洞在经过“霍金辐射”后可能保留一个裸奇点。后来,美国科学家用超级计算机证明,当黑洞坍缩时,在非常特别的条件下,裸奇点在理论上是可以存在的。
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