黑洞是宇宙中唯一可以通过纯粹的引力捕获光的物体。 科学家认为,它们是在一颗大质量恒星的尸体塌陷时形成的,其密度变得如此之大,以至于扭曲了时空结构。
任何跨越事件视界(也称为不归点)的物质都会无助地螺旋式走向未知的命运。 尽管经过了数十年的研究,这些可怕的宇宙现象仍然笼罩在神秘之中。
它们仍然让研究它们的科学家们大吃一惊。 以下是 10 个原因:
黑洞不吸。
年轻黑洞的插图,例如斯皮策太空望远镜最近发现的两个遥远的无尘类星体。 图片来源:NASA/CXC/M.Weiss
有些人认为黑洞就像宇宙真空,吸入周围的空间,而事实上,黑洞就像太空中的任何其他物体一样,尽管具有非常强的引力场。
如果你把太阳换成黑洞如果质量相同,地球就不会被吸进去——它会像今天绕太阳运行一样继续绕黑洞运行。
黑洞看起来像是在吸收周围的物质,但这是一个常见的误解。 伴星以恒星风的形式释放出部分质量,而恒星风中的物质随后落入其饥饿的邻居黑洞的手中。
爱因斯坦没有发现黑洞。
卡尔·史瓦西 (Carl Schwarzschild) 是第一个使用爱因斯坦广义相对论来预测黑洞的不归点的人。 信用:公共领域
爱因斯坦没有发现黑洞的存在——尽管他的相对论确实预测了黑洞的形成。 相反,卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)是第一个使用爱因斯坦革命性方程并证明黑洞确实可以形成的人。
他在爱因斯坦发表他的理论的同一年实现了这一点广义相对论1915 年,史瓦西的工作中出现了一个术语,称为史瓦西半径,用于测量将任何物体压缩到多小才能形成黑洞。
在此之前很久,英国博学者约翰·米歇尔就预言存在“暗星”,其质量如此之大或如此压缩,以至于它们拥有如此强大的引力,甚至连光都无法逃脱; 黑洞直到 1967 年才得到通用名称。
黑洞会让你和其他一切变得意大利面。
黑洞会拉伸任何敢于靠得太近的东西。 信用:公共领域
黑洞具有这种令人难以置信的能力,可以将你拉成一根意大利面条般的长绳。 恰当地,这种现象被称为“意大利面条化”。查一下。
它的工作方式与重力在距离上的表现有关。 现在,您的脚距离地球中心更近,因此比您的头更容易被吸引。 在极端重力下,例如在黑洞附近,吸引力的差异实际上会开始对你产生不利影响。
当你的脚开始因重力而伸展时,它们会随着越来越接近黑洞中心而变得越来越有吸引力。 他们离得越近,移动的速度就越快。 但你身体的上半部分距离较远,因此向中心移动的速度不会那么快。 结果:意大利面化!
黑洞可能会产生新的宇宙。
我们可能只是浩瀚多元宇宙中的一个宇宙。 图片来源:NASA/ESA/D。 科/J. 安德森/R. 范德马雷尔 (STScI)
这听起来可能很疯狂黑洞可能会产生新的宇宙– 特别是因为我们不确定是否存在其他宇宙 – 但这背后的理论是当今活跃的研究领域。
其运作方式的一个非常简单的版本是,当你查看数字时,我们今天的宇宙具有一些极其便利的条件,这些条件结合在一起创造了生命。 如果你对这些条件进行哪怕很小的调整,那么我们就不会在这里。
黑洞中心的奇点打破了我们的标准物理定律理论上,可以改变这些条件并产生一个新的、略有改变的宇宙。
黑洞确实会拉动它们周围的空间。
一种描述广义相对论空间曲率的嵌入图。 图片来源:卡西尼号科学网
将空间想象成一张带有纵横交错的网格线的拉伸橡胶板。 当您将物体放在床单上时,它会稍微下沉。
你放在床单上的物体越大,它下沉的越深。 这种下沉效应会扭曲网格线,使它们不再是直的,而是弯曲的。
在太空中挖得越深,空间的扭曲和弯曲就越多。 最深的井是由黑洞形成的。 黑洞在太空中形成了如此深的井,以至于没有足够的能量可以爬出来,甚至是光。
黑洞是终极能源工厂。
黑洞产生能量的效率非常高。 图片来源:欧洲南方天文台
黑洞可以比太阳更有效地产生能量。
这种工作方式与围绕黑洞运行的物质盘有关。 盘内边缘最接近事件视界边缘的物质将比盘最外缘的物质运行得快得多。 这是因为事件视界附近的引力更强。
由于该材料的轨道和移动速度如此之快,因此它的温度会达到数十亿华氏度,从而能够将材料的质量以一种称为黑体辐射的形式转化为能量。
比较,核聚变将大约 0.7% 的质量转化为能量。 黑洞周围的条件将 10% 的质量转化为能量。 这是一个很大的区别!
科学家甚至提出,这种能源可以用来驱动黑洞星舰未来的。
我们银河系的中心有一个超大质量黑洞。
人马座 A 是银河系中心的超大质量黑洞,其质量是太阳的四百万倍以上。 信用:美联社
科学家相信几乎每个星系的中心都存在一个超大质量黑洞——包括我们自己的星系。 这些黑洞实际上锚定了星系,将它们在太空中固定在一起。
银河系中心的黑洞人马座 A 的质量是太阳的四百万倍以上。 尽管这个距离近3万光年的黑洞目前处于休眠状态,但科学家认为200万年前它爆发了一场甚至在地球上都可以看到的爆炸。
黑洞会减慢时间。
当你到达事件视界时,时间会变慢——没有回头路的点。 图片来源:Flickr / 尼克
要理解其中的原因,请回想一下孪生实验,该实验经常用于解释爱因斯坦广义相对论中时间和空间如何协同工作:
双胞胎中的一个留在地球上,而另一个则以光速飞向太空,转身返回家园。 穿越太空的双胞胎要年轻得多,因为你移动得越快,时间过得越慢。
当你到达事件视界时,由于黑洞强大的引力,你正在以如此高的速度移动,时间会减慢。
黑洞随着时间的推移而蒸发。
黑洞可能毕竟不是无底洞。 一些能量也许能够逃脱它们。 图片来源:何新
这个令人惊讶的发现最早是由史蒂芬·霍金1974年。这种现象被称为霍金辐射,继著名物理学家之后。
霍金辐射将黑洞的质量随着时间的推移分散到太空中,并且实际上会这样做,直到什么都没有留下,本质上杀死黑洞。 这就是为什么霍金辐射也被称为黑洞蒸发。
理论上,任何东西都可以成为黑洞。
路透社/美国宇航局/加州理工学院喷气推进实验室/讲义
黑洞和太阳的唯一区别在于,黑洞的中心是由极其致密的物质构成的,这赋予了黑洞强大的引力场。 正是引力场可以捕获一切,包括光,这就是我们看不到黑洞的原因。
理论上你可以把任何东西变成黑洞。
例如,如果你将我们的太阳缩小到只有 3.7 英里(6 公里)宽,那么你就会将太阳中的所有质量压缩到一个令人难以置信的小空间,使其变得极其致密,并形成黑色洞。 您可以将相同的理论应用于地球或您自己的身体。
但实际上,我们只知道一种产生黑洞的方法:一颗比太阳质量大 20 到 30 倍的超大质量恒星的引力坍缩。
Randy Astaiza 对本文的早期版本做出了贡献。
本文最初发表于商业内幕。
更多来自商业内幕: