我是黑洞,今年诺奖与我有关,一口气告诉你我前世今生的秘密

我是黑洞,今年诺奖与我有关,一口气告诉你我前世今生的秘密

首页角色扮演星体寓言更新时间:2024-04-30

我是黑洞,今年你们地球上的诺贝尔物理学奖都颁给了与我有关的成就。能获得如此殊荣,我究竟有何神奇的魅力和奥妙?估计你已经按耐不住的想知道真相了,这刻,我必须站出来,给你说说我前世今生的秘密。

一开始,我并不叫黑洞,他们叫我“暗星”。本来在宇宙中,我躲藏得好好的,从来就没有人知道我的存在,都怪这两个人—牛顿和爱因斯坦。是牛顿用引力定律和爱因斯坦的广义相对论把我扯出来的。

牛顿的万有引力定律说:自然界中,任何两个物体之间都会存在着相互吸引力。所以地球也会把在它周围的物体吸引住,你要想逃离它并不容易。就像当我们向天空扔一个石块时,石块向上的速度会变得越来越慢,最后会被地球吸引而降落回来。可是我们发现,向上扔石块的力越大,速度就越大,石块也会被抛得越高。那么,有没有一个速度快到让石块脱离地球的引力而飞离地球呢?

还真有,这个能让物体脱离地球引力而飞离地球的初始速度,就叫做“逃逸速度”。经科学家们计算得出,地球的逃逸速度是 11千米/秒 ,太阳的逃逸速度是617千米/秒。你的速度达到11千米/秒,你就可以逃离地球了。

既然,有一个速度能让物体离开一个星体,那么有没有一个引力大到让所有的物体都离不开它呢?

从牛顿的引力定律得知,物体之间的引力与质量成正比,质量越大的物体引力越大。在1783年,英国的自然哲学家米歇尔,经过计算得出,逃逸速度不仅与物体的质量有关,还与它的周长有关。对于质量一定的星体来说,它的周长越小引力越大,逃逸的速度也就越大。

而当时牛顿认为,光是一颗颗的微小粒子,所以星体对光也同样有引力。通过牛顿引力定律和光是微粒的说法,米歇尔推论出:存在一个星体的临界周长,引力大到连光都逃不出去。我们知道光的速度是最快的,连光都逃不出这个地方,那没有任何东西可以逃离它了。

这个连光都逃不出来的星体的临界周长,当然我们也是没法看到它的,所以当时被称之为“暗星”,这就是我最初的来历。

后来托马斯.杨通过双缝干涉实验和麦克斯韦的电磁理论得出,光是一种波,并不是牛顿所说的光是一种微粒。当时人们还不知道光具有波粒二象性。既然光不是一种微粒,那光被星体吸引的说法就没有道理了,所以我这个“暗星”刚刚被揪出来,却又被打进了冷宫,被凉凉了。

到了1915年,爱因斯坦的广义相对论说,引力其实是有质量的物体对时空的弯曲引起的,当大质量的物体对周围时空造成弯曲时,附近小质量的物体就沿着测地线跌落到这个时空弯曲的“坑里”。这样看来就像是两个物体之间在相互吸引,也就是说“物体告诉时空如何弯曲,时空告诉物体如何运动”。

当时,有一个爱因斯坦的铁忠粉,叫做史瓦西。他很热衷研究广义相对论,甚至在战地上都不会停下来。经过他的折腾,他认为广义相对论有一个解,就是大质量星体在弯曲时空时,不仅空间是弯曲的,时间也会变慢,越靠近星体的地方,空间曲率就越大,空间曲率越大时间就越慢。比如在太阳表面,时间流会比远离太阳的地方慢百万分之二,1年也会慢64秒。

史瓦西

时间变慢的结果是,从星体发出的光会经历引力红移。因为光的振荡频率是由光发射的时间流决定的,时间越慢光的频率也就变得越慢,而我们知道,光的频率越慢它的波长就越长。在可见光中,波长从大到小的排列是,红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫;红色之外是波长越来越大的红外线、微波和无线电波;紫色之外波长越来越短的是紫外线、X射线、伽马射线。

当光受到的引力越大时,波长就被拉得越大,在可见光中,波长越大颜色就是越偏向红色端,这个过程就叫做引力红移。

史瓦西从爱因斯坦的场方程中得出结论:每个星体都存在一个依赖于星体质量的临界周长,在这个星体的临界周长内,任何东西进去都逃不出来,从星体的临界周长内发出的光,不论开始是什么颜色,它一定会移向光谱的红端,最后超越红外线,超越无线电波的波长,一直到无限大。

波长无限大的结果是消耗了所有的光能,因此,光也不复存在了。这个临界周长后来称做史瓦西奇点(这个奇点与后来说的黑洞奇点不是一个意思)。

米歇尔从牛顿引力定律推出的逃逸速度,预言了星体临界周长,而史瓦西则从爱因斯坦广义相对论推出的引力红移得出临界周长存在的结论,他们是异曲同工的。

对于在外面的人来说,临界周长里什么都没法看得见,感觉完全就是黑的。因此,这个临界周长也叫“地平线”或是“事件视界”。1967年,有个叫惠勒的人,重新给我起了个个名字,叫做黑洞,从此,大家就都叫我黑洞了。

惠勒

到此,你们对我的存在还只是一种预言,相信你还是很好奇:我是不是真的在宇宙中存在,到底我是如何诞生的?

我的诞生,是从一颗大质量的恒星开始的,恒星到了垂暮之年,它自身的燃料已经烧尽,这时本来对抗引力的所有内部压力都扛不住了,最后被引力压缩成了一个黑洞,也就是我现在的样子。

当然,这个出生的过程,是非常复杂的。当恒星的燃料烧尽后,虽然已经没有了各种热辐射来对抗引力,但是恒星的中心还留下一个由原子组成的致密的核。原子的电子和电子之间有一个排斥力,也叫做电子简并压。也就是泡利不相容原理中说的,原子中任意两个电子不可能处于完全相同的量子态(位置、自旋、角动量等)。

当电子被压迫挤在一个很小的空间时,就像我们挤电梯一样,谁都想拥有一个最大的空间,所以当很挤时就自动产生一个对外的对抗压强,再往里挤就很难了。

这时恒星自身产生的引力如果没法突破电子简并压力,那就会被挤压成一个非常致密的,还能发出白光的白矮星。对抗引力的电子简并压有一个极限,当白矮星的质量大于1.4个太阳质量时,电子简并压就扛不住了,还会继续被自身的引力往里挤压,这个极限也叫做钱德拉塞卡极限。

白矮星

突破钱德拉塞卡极限的白矮星,在巨大引力的压缩下,里面热辐射也超大,最终引爆了星体,形成一起超大的爆炸,这个爆炸让星体发出比太阳还亮上百万倍的光,你们称之为“超新星爆发”。

超新星爆发示意图

超新星爆发后,恒星并没有完全解体,还留下一个更加致密的由原子核组成的星体。我们知道,原子核是由中子和质子组成的,这时的核力也抵抗不了白矮星巨大的引力,引力把电子压缩到原子核的质子里,变成了中子。这时,恒星变成了只有中子的一个致密的核,我们称之为“中子星”。

脉冲星高度磁化旋转的中子星

中子星的中子之间,还有类似电子简并压的中子简并压,它们这时就是对抗自身引力的最后一道防线。对抗引力的中子简并压也有一个极限,当中子星的质量大于2个太阳质量时,中子简并压也扛不住了,这时恒星最后的命运就是,压缩形成了一个引力超大的无限致密的黑洞。我就是这样诞生了。

形成我的恒星,如果是旋转的,那我也一样是旋转的。但是,不管恒星是方的,圆的,不规则的,在形成我之后,只留下质量、角动量(转动快慢的精确度)和电荷,其他的所有特征都没有了,所以你们说我是“无毛”的。

黑洞示意图

我的胃口特别大,不管是任何物质、能量和信息,只要到了我嘴里,就别想再出去了,吃得再多我都不会感觉饱,至多就是我们肚子(视界)涨大了一点。

对于我的视界之外的你们,是无法看到我的,在我的中心,有一个质量无限致密、体积无限小,引力无限大的奇点。你们感受到的只是我的引力。

那么,你们是如何发现我的呢?这只怪我太拉风了,我在旋转的过程中,会形成一个“吸积盘”,所有的星体、气体什么的,落入我的吸积盘,都会因为相互摩擦而产生巨大的热能和光。因为旋转产生巨大的旋转能,我会在两端喷射出两股巨大的喷流柱,喷流柱中还包括各种电磁辐射,绕着喷流柱转的电子还发出了各种宇宙射电波。

你们能捕捉到我身影的主要是,靠我发射出去的X射线、无线电波、引力波和中微子。

在银河系中,估计就得有上百万个黑洞。1964年,你们人类通过X射线,第一次发现了我们黑洞家族中的天鹅X-1,它距离地球有14000光年。而2019年4月10日,你们拍到我的家族中位于M87中心的超巨大黑洞的照片,这是人类史上第一张直接对我们黑洞观测的天文影像。

北京时间2019年4月10日晚21点,人类史上首张黑洞照片面世

如果你不慎跌入我的怀抱里,这里可不是什么“温柔之乡“。我的潮汐引力会把你撕成丝,直到粉碎。当然啦,如果我足够大,对于你来说潮汐引力就变得更小,这样你就没那么快被撕碎,从视界到我的奇点之间,你还能舒服一阵子。因为时空的曲率趋于无限大,所以我的时间流也趋于无限的慢,从外面的人看来,你到达我视界附近时,似乎永远的定格在我的怀里。

在宇宙中,我将来的命运如何?这恐怕是你们最关心的问题。在1974年,物理学家霍金就说了,我最终会通过辐射的形式,从量子隧道中蒸发出去,但是这个过程非常的缓慢。

如果我的质量是太阳的两倍,那么我的寿命将是1.2*10^67年,这与宇宙年龄大约1.38*10^10年相比,远远大于宇宙的年龄。假如我真的可以蒸发掉,对于你们来说,我可以说也是永恒的。

你们也无从真正的得知我里面的秘密,因为,你进入我的怀抱,哪怕没有被撕碎,你知道我内部更多的信息,可是你也没法回去告诉他们。所以对于人类来说,我永远将像迷一般的存在......

你喜欢的一口气系列文章还有:

有识 有趣 有用 就是 关注我,涨姿势~

查看全文
大家还看了
也许喜欢
更多游戏

Copyright © 2024 妖气游戏网 www.17u1u.com All Rights Reserved