第91章 形成黑洞
在1974年,史蒂芬.霍金髮現了黑洞的蒸發現象,從而改變了黑洞的經典圖像:黑洞已不是完全「黑」的,也不單純是個「洞」,它既可以通過吸積物質使質量增加,也可以向外發射物質,而使質量減小。
在量子力學里,真空並不意味著沒有任何場,粒子或能量。量子真空是一種能量為最低的狀態,它只是被稱作「真空」而已,實際上能量為零的狀態是不存在的。
霍金的計算表明,黑洞的蒸發輻射具有黑體的所有特徵。它賦予了黑洞一個真實的,在整個視界上同一的,直接由視界處的引力場強度來決定的溫度。
對史瓦西黑洞來說,溫度與質量成反比。質量與太陽一樣的黑洞,其溫度是微不足道的,開氏(即絕對零度以上)十的負七次方度。不是零,但小的可憐;黑洞並不是完全的黑,但一點也不亮。很遺憾,這樣低溫的輻射實在太微弱了,是不可能在實驗室中探測出來的。
霍金的計算還有一個重要發現:黑洞的質量越小,溫度越高,輻射也越強。顯然,蒸發只有對微型黑洞來說才有特別的影響,而微型黑洞的溫度是很高的。在黑洞中,質量越大的黑洞,溫度越低,蒸發的越慢;質量越小的黑洞,溫度越高,蒸發的也越快。
霍金黑洞理論自己推翻
霍金指出,由於找不到黑洞的邊界,因此黑洞是「不存在」的,黑洞的邊界又稱「視界」。經典黑洞理論認為,黑洞外的物質和輻射可以通過視界進入黑洞內部,而黑洞內的任何物質和輻射均不能穿出視界。
霍金的最新「灰洞」理論認為,物質和能量在被黑洞困住一段時間以後,又會被重新釋放到宇宙中。他在論文中承認,自己最初有關視界的認識是有缺陷的,光線其實是可以穿越視界的。當光線逃離黑洞核心時,它的運動就像人在跑步機上奔跑一樣,慢慢地通過向外輻射而收縮。
霍金稱,黑洞從來都不會完全關閉自身,它們在一段漫長的時間裡逐步向外界輻射出越來越多的熱量,隨後黑洞將最終開放自己並釋放出其中包含的物質信息。
他1月24日在《自然》報道發表的一篇論文中承認,黑洞其實是「不存在」的,不過「灰洞」的確存在。霍金提出「灰洞」理論是為了解決「防火牆悖論」問題而在「反德西特時空」中的模擬設定,並非黑洞真不存在,只是為了化解廣義相對論與量子物理在黑洞中的矛盾。
黑洞的演變過程:吸積-蒸發-毀滅
吸積:黑洞通常是因為它們聚攏周圍的氣體產生輻射而被發現的,這一過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴重影響吸積流的幾何與動力學特性。目前觀測到了輻射效率較高的薄黑洞拉伸,撕裂并吞噬恆星
盤以及輻射效率較低的厚盤。當吸積氣體接近中央黑洞時,它們產生的輻射對黑洞的自轉以及視界的存在極為敏感。對吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉黑洞和視界的存在提供了強有力的證據。數值模擬也顯示吸積黑洞經常出現相對論噴流也部分是由黑洞的自轉所驅動的。
天體物理學家用「吸積」這個詞來描述物質向中央引力體或者是中央延展物質系統的流動。
蒸發:由於黑洞的密度極大,根據公式我們可以知道密度=質量/體積,為了黑洞噴射物不斷變亮
讓黑洞密度無限大,那就說明黑洞的體積要無限小,然後質量要無限大,這樣才能成為黑洞。黑洞是由一些恆星「滅亡」后所形成的死星,他的質量很大,體積很小。
但黑洞也有滅亡的那天,由於黑洞無限吸引,但是總會有質子逃脫黑洞的束縛,這樣日積月累,黑洞就慢慢的蒸發,到了最後就成為了白矮星,或者就爆炸,它爆炸所產生的衝擊波足以讓地球毀滅10^18萬億次以上。科學家經常用天文望遠鏡觀看黑洞爆炸的畫面。它爆炸所形成的塵埃是形成恆星的必要物質。
毀滅:黑洞會發出耀眼的光芒,體積會縮小,甚至會爆炸。當英國物理學家史迪芬霍金於1974年做此預言時,整個科學界為之震動。
霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍,他結合了廣義相對論和量子理論。他發現黑洞周圍的引力場釋放出能量,同時消耗黑洞的能量和質量。
當黑洞的質量越來越小時,它的溫度會越來越高。這樣,當黑洞損失質量時,它的溫度和發射率增加,因而它的質量損失得更快。這種「霍金輻射」對大多數黑洞來說可以忽略不計,因為大黑洞輻射的比較慢,而小黑洞則以極高的速度輻射能量,直到黑洞的爆炸。
黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡后,發生引力坍縮產生的。
當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料,由中心產生的能量已經不多了。
這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。
而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——「黑洞」就誕生了。
黑洞就是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小,熱量無限大的奇點和周圍一部分空空如也的天區,這個天區範圍之內不可見。依據阿爾伯特-愛因斯坦的相對論,當一顆垂死恆星崩潰,它將聚集成一點,這裡將成為黑洞,吞噬鄰近宇宙區域的所有光線和任何物質。
黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程:某一個恆星在準備滅亡,核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成一個密實的星體,同時也壓縮了內部的空間和時間。
但在黑洞情況下,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,連中子間的排斥力也無法阻擋。中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來的是一個密度高到難以想象的物質。由於高質量而產生的引力,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。
也可以簡單理解為:通常恆星最初只含氫元素,恆星內部的氫原子核時刻相互碰撞,發生聚變。由於恆星質量很大,聚變產生的能量與恆星萬有引力抗衡,以維持恆星結構的穩定。由於氫原子核的聚變產生新的元素——氦元素,接著,氦原子也參與聚變,改變結構,生成鋰元素。
如此類推,按照元素周期表的順序,會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成,直至鐵元素生成,該恆星便會坍塌。
這是由於鐵元素相當穩定,參與聚變時釋放的能量小於所需能量,因而聚變停止,而鐵元素存在於恆星內部,導致恆星內部不具有足夠的能量與質量巨大的恆星的萬有引力抗衡,從而引發恆星坍塌,最終形成黑洞。
說它「黑」,是因為它產生的引力使得它周圍的光都無法逃逸。跟中子星一樣,黑洞也是由質量大於太陽質量好幾十甚至幾百倍以上的恆星演化而來的。
通常恆星最初只含氫元素2113,恆星內部的氫原子核時刻相互碰撞,發生聚變。
聚變產生的能量與恆星萬有引力抗衡,以維持恆星結構的穩定。
由於氫原子核的聚變產生新的元素——氦元素,氦原子也參與聚變,改變結構,生成鋰元素。
如此類推5261,按照元素周期表的順序,會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成,直至鐵元素生成,該恆星便會坍塌。
鐵元素存在於恆星內部,導致恆星內部不具有足夠的能量與質量巨大的4102恆星的萬有引力抗衡,從而引發恆星坍塌,最終形成黑洞。
在茫茫宇宙中,存在著很多很多令人費解的「東西」,比如太陽是如何形成的?黑洞又是怎麼形成的?等等等等,宇宙之大超乎我們的想象,小編還記得在一部電影(黑衣人)中,電影的結尾彩蛋不知道大家有沒有看過?
結尾中誇張的畫面出現了,一個「怪獸」把地球裝入了布袋中。原來我們生活了一輩子的地球,一個這樣的龐然大物,居然只是一個不起眼的「玩具」?
天體物理學家已經找到了直接形成黑洞的證據,這些黑洞不需要從恆星殘餘中出現。以這種方式形成的早期宇宙中的黑洞,可以為科學家提供在宇宙歷史的早期階段存在極大質量黑洞的形成原因!
西部大學的天體物理學家已經找到了直接形成黑洞的證據,根據網上的信息報道:黑洞的形成並不是從恆星殘餘中出現。
西方物理與天文學系,已經對觀測到的超大質量黑洞質量和光度的分佈,進行了詳細的探索,研究,甚至科學家們還在電腦上做了一個動態模擬。
該模擬基於一個非常簡單的假設:超大質量黑洞在非常非常短的時間內非常快速地形成,然後突然停止。這種解釋與目前對恆星質量黑洞是如何形成的理解形成鮮明對比,當一顆非常大質量的恆星中心坍縮時,它就會出現。
西方天文學家教授聲明:「這是間接的觀測證據,表明黑洞起源於直接坍塌,而不是來自恆星殘骸,」
在過去的十年中,許多質量比太陽大十億倍的超大質量黑洞在高速度移動的時候被發現,這意味著它們在宇宙大爆炸后的8億年內就存在於我們的宇宙中。這些年輕且非常大的黑洞的存在質疑了我們對黑洞形成和生長的理解。這一新結果證明了這種直接坍塌的黑洞確實是在早期宇宙中產生的。
作者寄語,關於時間、空間、黑洞、這個形成的資料,作者本人參考了很多有管的資料,和自己看著靠譜一些的資料,我找著其實是想讓大家看一看做個參考!
那麼我真正的目地,會在接下來一個月當中慢慢展示,而且這幾章只限於參考,後期會修改回來,而這幾章就像是一個劇透吧!大家可以猜猜,我到底在想什麼,而給主角具體怎麼安排的!
提示,主角不會穿越