黑洞为什么会吸收能量

黑洞为什么会吸收能量

自然界的黑洞  英文黑洞  [拼音] [hēi dòng]   [ Astronomy ] The Black Hole  【黑洞的诞生】  在相对论中,黑洞是由大质量恒星爆炸所产生的.  【黑洞简介】  广义相对论预言的一种特别致密的暗天体[1].大质量恒星在其演化末期发生塌缩,其物质特别致密,它有一个称为“视界”的封闭边界,黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至于包括光子(即组成光的微粒,速度c=3.0×10^8m/s)在内的任何物质只能进去而无法逃脱.形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量,当然,这是最后的星核质量,而不是恒星在主序时期的质量.除了这种恒星级黑洞,也有其他来源的黑洞——所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期,而所谓超大质量黑洞可能存在于星系中央.（参考：《宇宙新视野》）黑洞可以经由电子仪器观查到.  黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见,这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故.我们无法通过光的反射来观察它,只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞.虽然这么说,但黑洞还是有它的边界,即“事件视界（视界）”.据猜测,黑洞是死亡恒星的演化物,是在特殊的大质量超巨星坍缩时产生的.另外,黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡极限的恒星演化到末期而形成的,质量小于钱德拉塞卡极限的恒星是无法形成黑洞的.（有关参考：《时间简史》——霍金著和《果壳中的宇宙》——霍金著）  ■物理学观点的解释 黑洞其实也是个星球,只不过它的密度极大,靠近它的物体都被它的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走一样).对于地球来说,以第二宇宙速度来飞行就可以逃离地球,但是对于黑洞来说,它的第二宇宙速度之大,竟然超越了光速,光速已经是极限速度了.所以连光都跑不出来,于是射进去的光没有反射回来,我们的眼睛就看不到任何东西,只是黑色一片.  ■是否存在黑洞 黑洞可能是宇宙中最神秘的地方,自从黑洞理论提出以来,爱因斯坦和霍金都肯定了黑洞的存在,绝大多数科学家都致力于寻找黑洞确切存在的证据来完善黑洞理论,美国航空航天局甚至要给附近的黑洞做“人口普查”.但是,有一批美国科学家目前却提出全新的看法,认为所谓的黑洞根本是子虚乌有.  【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[2]（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.）  【黑洞的特殊】   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”鏃犵枒鏄?湰涓栫邯鏈€鍏锋湁鎸戞垬鎬с€佷篃鏈€璁╀汉婵€鍔ㄧ殑澶╂枃瀛﹁?涔嬩竴.璁稿?绉戝?瀹舵?鍦ㄤ负鎻?紑瀹冪殑绁炵?闈㈢罕鑰岃緵鍕ゅ伐浣滅潃,鏂扮殑鐞嗚?涔熶笉鏂?湴鎻愬嚭.涓嶈繃,杩欎簺褰撲唬澶╀綋鐗╃悊瀛︾殑鏈€鏂版垚鏋滀笉鏄?湪杩欓噷涓夎█涓よ?鑳借?娓呮?鐨?鏈夊叴瓒ｇ殑鏈嬪弸鍙?互鍘诲弬鑰冧笓闂ㄧ殑璁鸿憲.  銆愰粦娲炰笌鐧芥礊銆慄/p>  绉戝?瀹朵滑鎻愬嚭璁炬兂,鏃㈢劧瀹囧畽涓?湁榛戞礊,閭ｄ箞涓€瀹氬瓨鍦ㄢ€滅櫧娲炩€?榛戞礊鍙?互鐢ㄥ己澶х殑鍚稿姏鎶婁换浣曠墿浣撻兘鍚歌繘鍘?鑰岀櫧娲炲彲浠ユ妸杩欎簺涓滆タ閮藉悙鍑烘潵.绉戝?瀹朵滑璁炬兂,榛戞礊涓庣櫧娲炴槸杩炲湪涓€璧风殑,榛戞礊鎶婄墿璐ㄥ惛杩涘幓,鐗╄川鍦ㄩ噷闈?細缁忚繃涓€涓?彨鍋氬?寮傜偣鐨勪笢瑗匡紙鑷充簬涓轰粈涔堝彨鍋氬?寮傜偣,鏄?洜涓虹墿璐ㄧ粡杩囧畠鏃跺彈鍒扮殑鍘嬪姏鏄?棤闄愬ぇ鐨?,鐒跺悗鐗╄川灏卞埌杈句簡鐧芥礊鐨勨€滅?杈栬寖鍥粹€?浼氳?鐧芥礊鈥滃悙鈥濆嚭鏉?鐒跺悗鐗╄川灏卞埌杈句簡鍙︿竴涓?畤瀹欙紙骞宠?瀹囧畽鍒拌揪濠村効瀹囧畽锛?  銆愰粦娲炵殑鍒掑垎銆慄/p>  鈻犲垝鍒嗕竴  鎸夌粍鎴愭潵鍒掑垎,榛戞礊鍙?互鍒嗕负涓ゅぇ绫?涓€鏄?殫鑳介噺榛戞礊,浜屾槸鐗╃悊榛戞礊.  鏆楄兘閲忛粦娲濣/p>  鏆楄兘閲忛粦娲炰富瑕佺敱楂橀€熸棆杞?殑宸ㄥぇ鐨勬殫鑳介噺缁勬垚,瀹冨唴閮ㄦ病鏈夊法澶х殑璐ㄩ噺.宸ㄥぇ鐨勬殫鑳介噺浠ユ帴杩戝厜閫熺殑閫熷害鏃嬭浆,鍏跺唴閮ㄤ骇鐢熷法澶х殑璐熷帇浠ュ悶鍣?墿浣?浠庤€屽舰鎴愰粦娲?璇︽儏璇风湅鈥滃畤瀹欓粦娲炶?鈥?鏆楄兘閲忛粦娲炴槸鏄熺郴褰㈡垚鐨勫熀纭€,涔熸槸鏄熷洟銆佹槦绯诲洟褰㈡垚鐨勫熀纭€.  鐗╃悊榛戞礊  鐗╃悊榛戞礊鐢变竴棰楁垨澶氶?澶╀綋鍧嶇缉褰㈡垚,鍏锋湁宸ㄥぇ鐨勮川閲?褰撲竴涓?墿鐞嗛粦娲炵殑璐ㄩ噺绛変簬鎴栧ぇ浜庝竴涓?槦绯荤殑璐ㄩ噺鏃?鎴戜滑绉颁箣涓哄?鐐归粦娲?鏆楄兘閲忛粦娲炵殑浣撶Н寰堝ぇ,鍙?互鏈夊お闃崇郴閭ｈ埇澶?瀹冪殑姣旇捣鏆楄兘閲忛粦娲炴潵璇翠綋绉?潪甯稿皬,瀹冪敋鑷冲彲浠ョ缉灏忓埌涓€涓??鐐?  鈻犲垝鍒嗕簩  1972骞?缇庡浗鏅?灄鏂?】澶у?闈掑勾鐮旂┒鐢熻礉鑲?柉鍧︽彁鍑洪粦娲?quot;鏃犳瘺瀹氱悊"锛氭槦浣撳潔缂╂垚榛戞礊鍚?鍙?墿涓嬭川閲?瑙掑姩閲?鐢佃嵎涓変釜鍩烘湰瀹堟亽閲忕户缁?捣浣滅敤.鍏朵粬涓€鍒囧洜绱?"姣涘彂")閮藉湪杩涘叆榛戞礊鍚庢秷澶变簡.杩欎竴瀹氱悊鍚庢潵鐢遍湇閲戠瓑鍥涗汉涓ユ牸璇佹槑.   鐢辨?,鏍规嵁榛戞礊鏈?韩鐨勭墿鐞嗙壒鎬?鍙?互灏嗛粦娲炲垎涓轰互涓嬪洓绫?  (1)涓嶆棆杞?笉甯︾數鑽风殑榛戞礊.瀹冪殑鏃剁┖缁撴瀯浜?916骞寸敱鏂界摝瑗挎眰鍑虹О鏂界摝瑗块粦娲?   (2)涓嶆棆杞?甫鐢甸粦娲?绉癛-N榛戞礊.鏃剁┖缁撴瀯浜?916-1918骞寸敱Reissner锛堣禆鏂?撼锛夊拰Nordstrom锛堢撼鑷?暒锛夋眰鍑?   (3)鏃嬭浆涓嶅甫鐢甸粦娲?绉板厠灏旈粦娲?鏃剁┖缁撴瀯鐢卞厠灏斾簬1963骞存眰鍑?   (4)涓€鑸?粦娲?绉板厠灏?绾芥浖榛戞礊.鏃剁┖缁撴瀯浜?965骞寸敱绾芥浖姹傚嚭.   銆愰粦娲炵殑鍚哥Н銆慄/p>  榛戞礊閫氬父鏄?洜涓哄畠浠?仛鎷㈠懆鍥寸殑姘斾綋浜х敓杈愬皠鑰岃?鍙戠幇鐨?杩欎竴杩囩▼琚?О涓哄惛绉?楂樻俯姘斾綋杈愬皠鐑?兘鐨勬晥鐜囦細涓ラ噸褰卞搷鍚哥Н娴佺殑鍑犱綍涓庡姩鍔涘?鐗规€?鐩?墠瑙傛祴鍒颁簡杈愬皠鏁堢巼杈冮珮鐨勮杽鐩樹互鍙婅緪灏勬晥鐜囪緝浣庣殑鍘氱洏.褰撳惛绉?皵浣撴帴杩戜腑澶?粦娲炴椂,瀹冧滑浜х敓鐨勮緪灏勫?榛戞礊鐨勮嚜杞?互鍙婅?鐣岀殑瀛樺湪鏋佷负鏁忔劅.瀵瑰惛绉?粦娲炲厜搴﹀拰鍏夎氨鐨勫垎鏋愪负鏃嬭浆榛戞礊鍜岃?鐣岀殑瀛樺湪鎻愪緵浜嗗己鏈夊姏鐨勮瘉鎹?鏁板€兼ā鎷熶篃鏄剧ず鍚哥Н榛戞礊缁忓父鍑虹幇鐩稿?璁哄柗娴佷篃閮ㄥ垎鏄?敱榛戞礊鐨勮嚜杞?墍椹卞姩鐨?  澶╀綋鐗╃悊瀛﹀?鐢ㄢ€滃惛绉?€濊繖涓?瘝鏉ユ弿杩扮墿璐ㄥ悜涓?ぎ寮曞姏浣撴垨鑰呮槸涓?ぎ寤跺睍鐗╄川绯荤粺鐨勬祦鍔?鍚哥Н鏄?ぉ浣撶墿鐞嗕腑鏈€鏅?亶鐨勮繃绋嬩箣涓€,鑰屼笖涔熸?鏄?洜涓哄惛绉?墠褰㈡垚浜嗘垜浠?懆鍥磋?澶氬父瑙佺殑缁撴瀯.鍦ㄥ畤瀹欐棭鏈?褰撴皵浣撴湞鐢辨殫鐗╄川閫犳垚鐨勫紩鍔涘娍闃变腑蹇冩祦鍔ㄦ椂褰㈡垚浜嗘槦绯?鍗充娇鍒颁簡浠婂ぉ,鎭掓槦渚濈劧鏄?敱姘斾綋浜戝湪鍏惰嚜韬?紩鍔涗綔鐢ㄤ笅鍧嶇缉纰庤?,杩涜€岄€氳繃鍚哥Н鍛ㄥ洿姘斾綋鑰屽舰鎴愮殑.琛屾槦锛堝寘鎷?湴鐞冿級涔熸槸鍦ㄦ柊褰㈡垚鐨勬亽鏄熷懆鍥撮€氳繃姘斾綋鍜屽博鐭崇殑鑱氶泦鑰屽舰鎴愮殑.浣嗘槸褰撲腑澶?ぉ浣撴槸涓€涓?粦娲炴椂,鍚哥Н灏变細灞曠幇鍑哄畠鏈€涓哄．瑙傜殑涓€闈?鐒惰€岄粦娲炲苟涓嶆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