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黑洞能通往另一个世界吗?关于黑洞不得不说的七大秘密

高中地理 04-11 浏览量: 分享:
自从现代广义相对论诞生以来,黑洞便被科学家深深痴迷,从爱因斯坦到霍金,天体物理学家一直试图揭开它的神秘外纱,即使已经有多种探测设备被应用于黑洞的探测,但人类对于这个未曾谋面的天体仍有许多未解之处。下面是三好网小编给大家收集的有关黑洞不得不说的七个秘密,一起来看吧!
 
 
 

秘密一:黑洞里有什么?

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程:恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩,发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高密度而产生的力量,使得任何靠近黑洞边界的物体都会被它吸进去,就连光都无法逃离。黑洞边界充满了能量,边界的量子效应产生了炽热粒子流,并向周围的宇宙空间辐射开来,这就是所谓的“霍金辐射”,这是以著名物理学家史蒂芬·霍金名字命名的。在足够长的时间内,黑洞将辐射消耗完自身的全部质量,并随之消失。

“简单来说,黑洞就是引力引起的坍缩。”青年科幻作家、全球华语科幻星云奖得主江波向记者解释道:“我们的物质是由电磁力支撑的,引力大到一定程度,连电磁力都抵抗不住了,物质就坍缩,极端的情况就是黑洞。”

由于人们无法直接观察到黑洞,物理学家只能对它内部结构提出各种猜想。天体物理学家认为,黑洞中并不是空空如也,而是充满了大量的物质,不管物质的来源如何,它都会被推挤到一个密度无限大的点上。这个点便叫做“奇点”。事实上,奇点的体积无限小、密度却无限大。奇点周围有一块黑暗区域,也就是黑洞的尺寸,是由它所产生的引力大小来衡量的。离黑洞很远的时候,光可以像往常那样自由穿梭,照亮它途经的天空。

而靠近黑洞后,引力变得越来越大,最终,即使跑的像光那样快也无法逃离黑洞的引力。这就是为什么奇点四周有一块黑暗区域的原因。那个由于引力巨大以至光线也无法逃脱的边界,我们叫它“视界”。

天体物理学家表示:“要知道黑洞里面是什么,我们需要有什么东西从视界里出来,并让我们用望远镜看到。对天文学家来说,要找到这样一个东西,最简单的就是光,不过黑洞连光都逃不出,因而我们无法获得任何信息。”

秘密二:掉进黑洞会怎样?

黑洞自身所带有的许多神秘色彩令人猜测,如果人掉入黑洞,究竟是会被立即撕成碎片,还是会安然无恙毫发无损?

没人知道答案。不过,江波认为,也许掉入黑洞并不一定意味着死亡,你的命运或许会变得比你想象中的更加神奇、怪异,因为在一个场景里你已化为灰烬,而在另一个场景里,你还好好地活着。

为什么能出现这样的情况,是理论物理学发展到现在的一个无法解释的悖论。江波假设了一个例子,你有一个名字叫小萍的同伴。当你在掉入黑洞时,她正处于安全的范围,而且亲眼目睹你掉入黑洞的恐怖的一幕。

当你向黑洞的边界不断加速掉落时,因为引力的梯度变化太大,小萍会看到你首先被潮汐力拉长成一根意大利面,然后变成一团虚无。此外,当你距离黑洞边界点越近,你前进的速度看起来就会变得越来越慢,在小萍眼中,你就像凝固住了一样,静止在那里,没有任何动作,身体沿着边界不断拉伸,并被炽热的火焰所吞噬。

然而,换成你自身的角度来回顾整个过程,上述神奇的事情并没有发生。当你向黑洞不断加速前进时,你没有任何碰撞或不安的感觉,当然没有拉伸、变慢的变化和可怕的烈火炙烤。那是因为你正处于自由落体运动过程中,你没有感受到任何重力。

从小萍的角度来看,因为量子物理学的核心宗旨是信息永远不能丢失。任何一点点能够描述你存在的信息必须要留在黑洞边界之外,否则物理学定律将会失效。而从置身黑洞之中的你来说,没有遇到炽热粒子流或任何非正常事物也是事实。否则,你将违背了爱因斯坦论证的广义相对论。

因此,物理学定律让我们得到一个似乎非常荒谬的结论。物理学家将这种矛盾的结论称为“黑洞信息悖论”,即人掉入黑洞必须同时具备两种状态,即黑洞外的一堆灰烬和黑洞内的活生生的人。

幸运的是,美国物理学家李奥纳特·苏士侃于1990年找到了解决这一悖论的方法。他认为,这一悖论并不存在,因为没有任何人看到过自己的克隆版本。小萍只看到了那个化为灰烬的你,你也只看到了存活的自己,你和小萍永远无法将这两个“你”进行对比,也没有第三者同时看到黑洞内外的你。因此,没有任何物理学定律会被打破。除非你要求必须弄清楚哪个故事是真实的,你究竟是活着还是死的。

江波表示,黑洞告诉我们一个重要的秘密,那就是没有所谓的“真实”。“真实”取决于你在问谁,既有小萍认为的“真实”,也有你认为的“真实”。

秘密三:黑洞能通往另一个世界吗?

黑洞能够扭曲空间,从而使原本相距很远的两点之间的距离大大缩短。就像如果你在纸上画一条线,线就会跟着纸张的形状走,当你弯折这张纸时,线的长度是保持不变的。但如果你把这张纸戳通,线的两端之间的距离就会缩小很多。

在科幻小说中,黑洞往往被描写成通往另一个世界的大门,它可以将人们带到宇宙中遥远的角落,或带人前往一个全新的宇宙。1994年,史蒂芬·巴克斯特所着科幻小说《环》中有过这样描写,因为空间中的任何物体都有旋转的倾向,如果奇点的旋转速度够快的话,它就不是一个点,而会形成一个环状,环状奇点就成为通往其他宇宙的大门。因此,黑洞可能就是虫洞,是一个连接不同时空的大门。

芝加哥洛约拉大学的物理学副教授罗伯特·麦克尼斯说,环状奇点是通往新世界的大门这一概念要想下定论还为时过早。因为,没人知道环状奇点是如何出现的。而且,只要当人们试图解决黑洞——虫洞中的数学运算时,就总会遇到难以使这道“大门”保持稳定的问题。“和现实中的建筑相比,它们实在太不稳定了”。

另一个问题是,如果黑洞真的是通往其他宇宙的门户的话,我们应当能观察到从黑洞中凭空出现的物体,但目前还没有人观察到过这一现象。毕竟,就算只是意外事件,也总会有东西从其他宇宙中穿过来的。

江波所赞同的看法是,哪怕宇宙有起点,宇宙之外仍旧有物理现实,只是我们局限于自己的时空属性不可探究。所以,对于科学而言,黑洞是否能带我们通往另一个世界超越了验证的东西,只能当作假设来看待。

秘密四:既然看不见,怎么拍黑洞的照片?

虽然科学家们看不到黑洞的本体,但可以一直追溯到光子消失的“视界”,这是我们能“看到”的极限。

黑洞周围的确会存在一些发光的现象,比如黑洞在吃掉周围的恒星时,会将恒星的气体撕扯到身边,形成一个旋转的吸积盘。黑洞有时候也会“打嗝”,一部分吸积气体会沿转动方向被抛射出去,形成喷流。

吸积盘和喷流都会因气体摩擦而产生明亮的光线,以及其他频段的辐射。

秘密五:怎么寻找黑洞?

科学家们可以通过黑洞对周围天体的影响来间接地感受到它的存在,尤其是它巨大的引力造成的时空扭曲,就像可以通过月亮的绕行轨道和速度来间接推测地球的质量。

其次,上文提到过吸积盘和喷流会产生发光现象,伴随其他频段的辐射。

最后,黑洞与其他天体或另一个黑洞的相互作用会产生大量引力波,也是可探测的线索。

秘密六:这次拍到了哪个黑洞的照片?

两个超大质量黑洞。一个是银河系中心黑洞SgrA*,一个位于室女座的M87星系中心。之所以选择这两个目标,而不是银河系中更近的恒星级黑洞,是因为它们的视界从地球上看足够大。

长久以来,科学家们就发现几千亿颗恒星围绕着银河系中心转动,推测出那里存在一个超大质量的天体。根据计算,SgrA*的质量大约相当于400万个太阳,视界半径约2400万公里。听起来足够大,不过,鉴于银河系中心黑洞远在2.5万光年(约24亿亿公里)之外,实际效果相当于在地球上观察一颗放在月球上的橙子,或者在北京看清上海一颗高尔夫球上的小坑。

M87中心的超大质量黑洞则达到了66亿倍太阳质量,视界范围大约是冥王星轨道的三倍。当然,因为距离更远的缘故,M87中心黑洞在地球上看的实际效果与SgrA*可能相差不大。

秘密七:2017年拍的照片,为什么现在才公布?

简单来说,就是需要修图——

因为与其说是拍照片,倒不如说是测了一大堆的数据,必须要做可视化处理。这个数据非常非常非常地大……

而且,地球上没有人知道这图到底对不对啊,所以科学家还得使用不同的解题思路,验证结果对不对。

这几年,多国的科研团队就是分头再做这些处理和验证的事情。

黑洞照片“拍”起来难,“洗”出来也难。据媒体报道,EHT的“八只眼睛”位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极,这8个射电望远镜有单镜、也有望远镜阵列。它们向选定的目标撒出一条大网,捞回海量数据,勾勒出黑洞的模样。虚拟的大望远镜阵列并非直接拍出了黑洞的图像,而是给出了许多数据,必须经历复杂的计算机处理过程。其中还有些缺失或模糊的部分,需要科学家们拼图。
 

此外,在2017年4月的联合观测以后,研究团队还进行了一些数据收集和校准的工作。
 

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