黑洞的介紹

　　在浩渺的宇宙中，有種特殊的天體，叫黑洞。它是毀滅的代名詞，是絕望和恐懼的象征，那么它到底是什么東西？以下是小編整理的黑洞的介紹，歡迎閱讀。

　　黑洞介紹

　　黑洞是現代廣義相對論中，宇宙空間內存在的一種天體。黑洞的引力很大，使得視界內的逃逸速度大于光速。

　　1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解，這個解表明，如果將大量物質集中于空間一點，其周圍會產生奇異的現象，即在質點周圍存在一個界面——“視界”一旦進入這個界面，即使光也無法逃脫。這種“不可思議的天體”被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名為“黑洞”。

　　“黑洞是時空曲率大到光都無法從其視界逃脫的天體”。

　　黑洞無法直接觀測，但可以借由間接方式得知其存在與質量，并且觀測到它對其他事物的影響。借由物體被吸入之前的因高熱而放出和γ射線的“邊緣訊息”，可以獲取黑洞存在的訊息。推測出黑洞的存在也可借由間接觀測恒星或星際云氣團繞行軌跡取得位置以及質量。

　　黑洞的本質

　　在1970年代早期，黑洞是死亡的代名詞，我們所知關于宇宙的一切到了那里都得結束。但是對史蒂芬霍金這個當時年輕的物理學研究院來說，黑洞卻是令人興奮的挑戰(zhàn)。1970年代中期，史蒂芬霍金計劃去做一件其他物理學家都從未達成的事，在那之前的50年，物理學家一直無法整理好愛因斯坦的重力理論，他們無法讓這理論跟截然不同的原子理論融合起來，也就是量子力學。但霍金瞥見的是這兩種理論終有相遇的一點，而這一點正是黑洞的邊緣。

　　如果有一個黑洞，把量子力學的理論也套用在黑洞會怎么樣呢？愛因斯坦的理論說黑洞是個完整無缺的光滑球體，但霍金將黑洞應用于大片粒子和原子中，這兩種理論就會互相排斥，但霍金必須讓它們和解。

　　把愛因斯坦的理論和量子力學結合是其中一個現代物理學不斷追求的成果。霍金在1970年代初期的是他并沒有嘗試完全地解決這個問題，而是將量子力學與廣義相對論放在一起，用的是很有限的方式。更了不起的是，由于無法寫下長長的方程式和算式，霍金必須在腦海中想象整個過程。

　　跟宇宙和黑洞一樣，霍金必須想象一個我們不熟悉的世界，那就是奇妙的原子世界。原子有點像我們的太陽系，中間是原子核，周圍是電子。以前我們學習物理課時，知道電子圍繞著原子核旋轉，但他們之間的距離并不是我們在書本上見到的那樣近。事實上，如果原子核的大小有彈珠那么大，而電子的寬度有頭發(fā)那么寬，那么兩者之間的距離能達到2英里遠！

　　從原子的層面來講，粒子幾乎是不存在的，它們不像實體的團塊，而是微小和虛無的力場，而且跟力場一樣會發(fā)光，它們更像是波。水，聲音和光的特性都像波，原子的部分特性也像波，這就是說它們能擴散，可以同時出現在不止一處的地方。

　　舉個例子，我們在電子游戲廳都玩過射槍游戲，按常理說，當我們用槍射出球時，一個球擊中一個目標。但如果想用一個球擊中許多目標，這是不現實的，違反常理的。但在量子世界中，常理是不管用的，常理在量子世界中無法立足。

　　霍金知道原子不像打臺球，它們沒那么有規(guī)律。那么霍金如何將愛因斯坦所說，沿曲線穩(wěn)定運行的恒星和行星與極不規(guī)律的原子相結合呢？在極微小的層面上，宇宙就像是一種在胡亂跳舞的波，粒子是隨機出現及消失的，這那個層面上，沒什么是確定的，甚至沒東西存在。原子甚至有點像人類，我們無法百分百準確預測它們的去向，我們能大致上預計它們的表現，但不可能絕對準確，而且我們不能完全確定原子是不是真的存在。

　　在虛空里，這種能量的形式是一次次原子粒子，它們憑空出現，存在不到十一分之一秒，然后就互相消失。這個概念就是一對粒子憑空出現，然后短暫地存在之后又消失不見。這種現象在太空中普遍存在。而這對粒子就像是陰和陽，它們彼此對立但又缺一不可，但很奇怪的是，其中一個有負質量。于是霍金就發(fā)問，如果那個有負質量的粒子撞上黑洞會發(fā)生什么？

　　霍金知道那個有正質量的粒子擁有足夠的能量可以脫離黑洞，但有負質量的粒子則會掉進去，而且會對黑洞帶來非常重大的影響。

　　掉進黑洞的粒子會逐漸減少黑洞的質量，因為它有的是負質量，但是脫離黑洞的粒子對我們來說就是輻射的一部分。雖然現在我們了解黑洞為何會散出發(fā)出熱輻射，但當時這可確認讓人十分意外，因為一開始霍金甚至也以為自己犯錯了。但事實上霍金并沒有犯錯，在黑洞的周圍有一圈差點看不到的微光，脫離黑洞的正質量粒子，特性就跟熱輻射一樣，掉進黑洞的負質量粒子，會慢慢地幾乎無法察覺地減少黑洞的質量，這樣到最后會造成災難性的結果。

　　霍金的結論就是黑洞并不是漆黑的，它其實一直在發(fā)出輻射，所以在它存在的大部分期間，黑洞是一直在燃燒，但是它會逐漸地縮小，溫度也會越來越高，到最后就會高到一個點，然后就會爆炸，它會在很短的時間內失去所有的質量！

　　拓展

　　黑洞分類

　　超大質量黑洞：

　　到目前為止可以在所有已知星系中心發(fā)現其蹤跡。質量可以是太陽的數百萬至170億倍。迄今所知最大的黑洞在星系S5 0014+813的中心，質量約為太陽的400億倍。

　　中介質量黑洞：

　　是質量超過恒星黑洞（數十倍太陽質量），但遠小于超大質量黑洞（數百萬倍太陽質量）的一種黑洞。

　　恒星黑洞：

　　大質量恒星（大約20倍太陽質量）引力坍塌后所形成的黑洞，可以借由伽馬射線暴或超新星來發(fā)現它的蹤跡。如果致密星的質量超過臨介值時，引力坍塌會繼續(xù)，形成黑洞。雖然未證實是否有中子星的最大質量，但估計也有3倍太陽質量。直至目前為止，質量最小的黑洞大約有3.8倍太陽質量。

　　微型黑洞：

　　又稱作量子黑洞或者迷你黑洞，是很小的黑洞。取名量子力學黑洞的原因是在這個尺度之下，量子力學的效應扮演非常重要的角色。微型黑洞的產生有可能是在大型強子對撞機內就可以觀測到的重要現象。

　　原初黑洞

　　原初黑洞是理論預言的一類黑洞，目前尚無直接證據支持原初黑洞的存在。宇宙大爆炸初期，宇宙早期膨脹之前，某些區(qū)域密度非常大，以至于宇宙膨脹后這些區(qū)域的密度仍然大到可以形成黑洞，這類黑洞叫做原初黑洞。原初黑洞的質量與密度不均勻處的尺度有關，因此原初黑洞的質量可以小于恒星坍塌生成的黑洞，根據霍金的理論，黑洞質量越小，蒸發(fā)越快。質量非常小的原初黑洞可能已經蒸發(fā)或即將蒸發(fā)，而恒星坍塌形成的黑洞的蒸發(fā)時標一般長于宇宙時間。天文學家期待能觀測到某些原初黑洞最終蒸發(fā)時發(fā)出的高能伽瑪射線 。

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