黑洞的基本知识?
黑洞的基本知识? 黑洞基本知识黑洞和宇宙学的研究是具有重大意义的。基本粒子,天体演化和生命起源是当代自然科学研究中的三大课题。黑洞和宇宙学的研究与基本粒子,天体演化的研究有密切的关系。特别是黑洞的研究涉及到一些根本性的问题,有助于我们更深入的认识自然界。
到底嘛是黑洞呢?第一个提到黑洞思想的人是18世纪的著名法国数学家拉普拉斯。他与1795年根据牛顿的万有引力定律通过计算得出:当天体的质量很大时,其引力将极其强大,如果其上的“逃逸速度”大于光速,则光也不可能从这样的天体上射到外部空间中去。外部的观察者就看不到该天体发出的光,因而认为该天体是“黑”的,这就是一个“牛顿黑洞”。很容易得出“牛顿黑洞”的半径是RN=2*(G*M)/R
在爱因斯坦提出广义相对论的场方程之后,1916年施瓦兹西尔德得到了球对称的施瓦西解。其半径与“牛顿黑洞”半径相同。由解此方程得到的黑洞称为“施瓦西”黑洞。
由上面的半径公式我们还可以算出黑洞的密度。质量越大时黑洞的密度越小,当黑洞质量达到银河系的质量时其密度为0.00000078克/立方厘米。原因是黑洞质量是与半径成正比的。但一般的球体的质量是和半径的三次方成正比的。所以黑洞的半径随质量的增加而增加的特别快,体积就增加的更快了。结果就导致了密度随质量的增加反而迅速的下降。 【黑洞动力学】
为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界,我们需要讨论广义相对论。
■广义相对论相关
广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说,适用于行星、恒星,也适用于“黑洞”。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说,说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之,广义相对论说物质弯曲了空间,而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。
再让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先,考虑时间(空间的三维是长、宽、高)是现实世界中的第四维(虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向,但我们可以尽力去想象)。其次,考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。
爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景:石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些,虽然弹簧床面基 本上仍旧是平整的,但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块,则将产生更大的效果,使床面下沉得更多。事实上,石头越多,弹簧床面弯曲得越厉 害。
同样的道理,宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样,质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害地多。
如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动,它将沿直线前进。反之,如果它经过一个下凹的地方 ,则它的路径呈弧形。同理,天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进,而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。
现在再来看看黑洞对于其周围的时空楚游的 影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然,石头将大大地影响床面,不仅会使其表面弯曲下陷,还可能使床面发生断裂。类似 的情形同样可以宇宙出现,若宇宙中存在黑洞,则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。
现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球,会掉进大石头形成的深洞一样,一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且,若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。
我们已经说过,没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度,有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理,一切比其周围温度高的物体都要释放出热量,同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量,黑洞释放能量称为:“霍金辐射”。黑洞散尽所有能量就会消失。
处于时间与空间之间的黑洞,使时间放慢脚步,使空间变得有弹性,同时吞进所有经过它的一切。1969年,美国物理学家约翰.阿提.惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。
我们都知道因为黑洞不能反射光,所以看不见。在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的。但英国著名物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑。通过科学家的观测,黑洞周围存在辐射, 而且很可能来自于黑洞,也就是说,黑洞可能并没有想象中那样黑。霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子,这些粒子在太空中成对产生,不遵从通常的物理 定律。而且这些粒子发生碰撞后,有的就会消失在茫茫太空中。一般说来,可能直到这些粒子消失时,我们都未曾有机会看到它们。
霍金还指出,黑洞产生的同时,实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中,另一个则会逃逸,一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。对观察者而言,看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。
等恒星的半径小于一特定值(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”,是指任何物质一旦掉进去,就再不能逃出,包括光。实际上黑洞真正是“隐形”的.(其实黑洞也不是隐形,因为“隐形"是指光可以通过该物体。而光不能通过黑洞。) 黑洞实际是一种天体,他的质量非常大,以至于在他表面的东西受到极大的引力。故连光都不能摆脱如此强大的引力而逃逸出来。所以我们看不见那里的光,也就觉得那里是一块黑的,故名“黑洞” 纠正,黑洞实体很小,见过黄豆没有,见了就知道有多大,因此密度相当大,应该说无限大 黑洞的体积比木星还大,更本看不见
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