• 中文
  • 注册
  • 理论物理 理论物理 关注:165 内容:155

    事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

  • 查看作者
  • 打赏作者
  • 当前位置: 博科园 > 物理学 > 理论物理 > 正文
    • 4
    • 理论物理
    • Lv.8碳纳米管
      VIP2
      居里夫人

      黑洞可能是整个宇宙中存在的最极端天体,虽然物质或能量的每一个量子都受到引力影响,但无论到哪里,除了黑洞内部,都有其他力能够克服引力。黑洞最重要的特征是存在事件视界,其他类型的天体都没有。虽然黑洞有这样一个区域,那里的引力非常强大,以至于没有任何东西可以逃脱,即使以光速运动的光。黑洞的引力无法逃脱,这可能有漏洞吗?黑洞在任何时候都会吐出东西吗?如果会吐,那么黑洞会吐出光吗

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      黑洞最令人惊讶的事情是:黑洞根本不是黑色的(无论是理论上预测的,还是直接观察到的)。如果黑洞是完全黑的,除了黑洞可能对周围其他物体产生的引力影响外,根本没有办法探测到它们。如果我们有一颗黑洞和一颗恒星在彼此的轨道上运行,就可以简单地通过观察恒星如何随着时间的推移来推断黑洞的存在(和质量的存在)。当它在轨道上来回摆动时,可以确定存在的另一个天体参数

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      包括质量、轨道间隔距离,如果测量足够好,甚至可以确定它相对于我们视线的倾角。根据发出的光,可以知道它是一颗恒星、还是一颗白矮星、一颗中子星,或者甚至是一个黑洞(如果根本没有光的话)。但在我们实实在在的宇宙中,围绕其他恒星旋转的黑洞,实际上是可以通过辐射探测到的。你可能会反驳:因为如果黑洞是空间中任何东西都无法逃脱的区域,即使是光,那么我们怎么能看到来自黑洞本身的辐射呢?

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      这是一个有道理的观点,但你必须理解的是,黑洞视界之外的空间不一定没有物质。事实上,如果附近有另一颗恒星,那颗恒星可以作为丰富的物质来源,能够被虹吸到黑洞上,特别是如果附近的恒星巨大且弥漫的话。特别是这种系统,创造了天文学家所观察到的X射线双星,这就是科学家发现第一个黑洞被探测到的方式。如果把物质分解到亚原子水平,物质是由带电粒子成的,当出现在黑洞附近则会:

      ①快速运动(小于光速)
      ②与其他物质粒子碰撞
      ③被加热
      ④产生电流和磁场
      ⑤加速
      ⑥并发出辐射

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      一些物质将失去动量,落入黑洞,穿过事件视界,增加黑洞的质量。然而,大部分物质根本不会落入其中,而是会流入一个吸积盘(或者更广泛地说,是吸积流),它会经历来自所有加速物质的电磁力。结果是,我们会看到两束喷流从黑洞向相反的方向喷出。这些相对论喷流是由粒子组成的,它们与星际介质中的粒子进行动力学相互作用时会发出大量的光。事实上,在星系中心发现的超大质量黑洞中,同样的物理原理也在发挥作用:

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      落向黑洞的物质基本上被撕裂,流入吸积流,加速,然后以喷流式结构喷射出来。如果你是黑洞视界之外的一个粒子,但由于引力被束缚在黑洞上,你将被迫绕着它沿椭圆轨道运动。在你最接近的点时(轨道的近顶点)将以最快的速度移动,这给了你与其他粒子相互作用的最大可能性。如果它们存在,你将经历非弹性碰撞、摩擦、电磁力等,换句话说,是所有导致带电粒子发射辐射的力。

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      尽管辐射覆盖了从低能无线电波到X射线和伽马射线的整个电磁谱,但它只是所有形式光的总称。只要有粒子存在于黑洞视界之外,它们就会产生这种形式的辐射,在相对较近的黑洞以足够快的速度进食情况下,实际上就能观察到这种特征的X射线辐射。事实上,甚至可以从我们银河系外观察超大质量黑洞,并发现同样的特征,只是在功率和范围上都有所放大,同样的物理原理也在发挥作用,带电物体在运动中会产生磁场。

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      这些磁场会沿着一个特定的轴加速粒子,这就是天文学家从远处观察到的相对论喷流产生。这些喷流产生粒子和辐射,甚至可以从地球上捕捉到它们,有时甚至在可见光下也能捕捉到它们。在活跃黑洞和进食的某些情况下,甚至可以观察到一种被称为光子球的壮观现象。在黑洞周围,空间结构是如此严重地弯曲,以至于围绕中心质量形成圆形和椭圆形轨道的不仅仅是粒子,甚至还有光子:光的本身。

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      光子球比事件视界稍大一点,对于真实的(旋转)黑洞来说,物理比简单不旋转的情况要复杂得多。然而,空间的极端曲率意味着,这些光子将产生一个从任何远处都能看到的环状结构。光环本身比事件视界更大,空间的曲率使得光环的角大小看起来甚至更大,但这是科学家需要计算的事情之一,以便理解为什么人类拍摄第一张黑洞事件视界的图像,出现了著名的甜甜圈形状。然而,所有这一切,尽管可能很有趣,也会发光,但只出现在还没有落下黑洞周围关键空间区域的物质:

        事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      它们都是留在视界之外的东西,我们看不到任何物质实际进入视界内,并物理卷绕到临界边界上所产生的任何东西。然而,如果能创造一个与宇宙中其他一切完全隔离的黑洞(与粒子、辐射、中微子、暗物质、其他质量源等隔离),就会得到黑洞本身产生的弯曲空间。与你通常看到的弯曲空间静态图片不同,任何静止的粒子都会感觉到它所占据的空间被拖着到处走,进入黑洞;这就像是一个粒子俗称的“脚”下空间在运动,就像它基本上是在移动的人行道上一样。

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      会有弯曲的空间,事件视界,还有物理定律。物理定律告诉我们的一件事是:支配宇宙的量子场,即使在没有任何粒子的情况下,仍然存在,不可避免地不断波动。在平坦的空间里,这不是什么大不了的事。能量涨落发生在量子真空中,在平坦的空间中,量子真空处处具有等价的性质。但是,当有弯曲的空间,特别是在一个方向(朝向黑洞)比在另一个方向(远离黑洞)弯曲得更严重的空间,不同位置的观察者,会对真空最低能量状态的正确描述存分歧。

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      对于远离事件视界的人来说,那里的空间看起来是平的,他们会观察到一些来自空间更严重弯曲区域的低能辐射,即使在没有任何粒子的情况下也是如此。这种辐射携带着真实的能量,是量子场在弯曲空间中波动的结果。空间曲率越大,这种辐射(也就是众所周知的霍金辐射)发射的速率就越大。辐射的能量只有一个可能的来源:从黑洞的质量中窃取。幸运的是,爱因斯坦最著名的方程E=mc^2准确地描述了这种平衡。

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      黑洞质量越小,事件视界越小,周围空间曲率越大。当把这些放在一起,会得到一个令人着迷的发现:黑洞质量越小,它失去质量的速度就越快,发出霍金辐射,然后蒸发。一个孤立的黑洞,通过霍金辐射将其质量辐射出去的速度,对于我们宇宙中任何现实的黑洞来说,都是令人难以置信的慢。y一个太阳质量的黑洞需要10^67年才能完全蒸发,而银河系中心的黑洞需要10^87年,而已知最大质量的黑洞需要长达10^100年才能完全蒸发!

      事件视界内连光都无法逃脱,那么黑洞就真的只吃不吐吗?

      尽管如此,这是我们可以说来自黑洞视界内部某种形式的能量,影响我们在视界外观察到东西的唯一情况。在任何情况下,穿过黑洞视界落入的东西都不会再出来。黑洞唯一能吐出的东西来自事件视界之外,从粒子到常规光子,甚至从黑洞质量本身获取能量的霍金辐射。黑洞可能会发出大量的辐射光,但没有一个光子是从视界内部发出的,虽然黑洞不是洞,但真的是名副其实一样的洞。也正因为这样,黑洞吸引人了无数人的幻想,例如很多的科幻题材


      博科园|文:Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B

      博科园|科学、科技、科研、科普

    • 生成海报
    • Lv.9紫外波长
      牛顿
      事件视界就是史瓦西半径吗 [s-46]
    • 博科园如果是史瓦西黑洞的话,那么史瓦西半径与视界半径相等

      事件视界就是史瓦西半径这样说是不准确的,因为还有其它类型的黑洞
      拉黑 4月前 手机端回复
    • ABT-背包客Cedric哦哦好的,学到了 [s-20] [s-19] [s-24]
      拉黑 4月前 手机端回复
    • 回复
      Lv.0量子泡沫
      为什么我看到过一个观点,认为中子星也是看不见的,因为质量太大使光发生偏折
      回复

      请登录之后再进行评论

      登录
      博科园居里夫人
      官方认证:博科园官方账号
      关注8 粉丝204 喜欢150内容1306
      www.bokeyuan.net
    • 实时动态
    • 做任务
    • 偏好设置
    • 帖子间隔 侧栏位置:
      关闭窗口
      下载海报