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主题:【科普知识】黑洞 -- 不爱吱声

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家园 【科普知识】黑洞

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“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“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。

  根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面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,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。

  等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到。

  那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

  我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。

  质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。

  这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系――“黑洞”诞生了。

  与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是――弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大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,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。

  更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!

  “黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。


本帖一共被 2 帖 引用 (帖内工具实现)
家园 好文章,就是有些老,不过交待的很清楚。
家园 发一篇,试试大家的反映,看来科普类的在这儿不太受欢迎.
家园 科普的东西挺好呀

有些文章很有趣,又长知识。

可能跟专业有关,这篇的内容我觉得有点大众化了,只怕大家都知道,所以点击率不高。

家园 特喜欢
家园 要专业的?明白了.
家园 以前看过类似文章,一个想法是黑洞就是时间永恒

通常的想法是,黑洞会把它周围的东西吸引过去,然后收缩,彻底毁灭。但是一些证据表明,黑洞本身因为巨大吸引力,光的速度近乎于零。按照相对论,黑洞里一切相当于静止。也就是,黑洞永远是在形成的过程当中,但是永远没有真正形成的时候。

家园 不知大家想过没有,安爱因思坦相对论

如果速度大于光速,那么方程只有虚根解.那么难道虚根解就没意义吗?我一直在想,宇宙中还存在另一个世界,那个世界中光速是个下限值,所有速度都大于光速,所有解都为虚数.我们不妨叫那个世界为虚世界,而这个世界从数学上来讲应该比我们现在所处的实世界更大更广.这很可能就是茶博士在八褂版中假定的什么反物质的相.如果人类能掌握了和利用这个虚世界,那么时空穿梭简直易如反掌!而一些古怪的现象也有可能得到解释.欢迎大家讨论.

家园 般若波罗蜜,我飞!!!!

娘子,和牛魔王出来看上帝

家园 给点专业精神好不好,大家研究研究吗.
家园 【圣人曰】吾生也有涯,而知也无涯。以有涯随无涯,殆已

开心就好了嘛?何苦研究这么玄的东西,反正也是胡乱猜想而已啊,没法实证的么

家园 嘻嘻,不爱吱声学什么专业的呀?

想象力倒是蛮丰富的,就是物理知识一塌糊涂,呵呵~~~

家园 哈哈,就喜欢瞎想,物理大学学过,早还给老师了,所说不对地方还请雪个名示
家园 看来宇宙飞船经过时会掉进去的,幻想小说全都白费了

楼下谁在喊太简单了??就这我还转着眼珠想半天才看明白呢。真的要搞一堆公式上来算那还让不让人看了?

这个程度挺好的,非常喜欢,已经转到别的坛子里去了,希望多发,谢谢!

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