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白话黑洞
白话黑洞
发布时间:2023-02-03 04:41:53 来源:
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白话黑洞
作者:
来源:《青少年科技博览(中学版)》
2019
年第
10
期
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近几年,黑洞这个名词频频出现在各种媒体上,但是,关于黑洞的介绍往往都涉及许多专
业术语,让人看了似懂非懂,一头雾水。本文尝试用通俗易懂的大白话,说一说黑洞的前世今
生。黑洞是啥?
要问黑洞是啥?简单通俗地回答:黑洞是宇宙中的一种天体。
黑洞离我们很遥远,它又天生具有隐身能力,所以谁也没见过它的真面目。但是,有几位
了不起的科学家,硬是通过想像推理,运用数学推论,准确地预言了黑洞的存在。
最早预言黑洞的是英国的自然哲学家约翰
·
米歇尔,他认为一个天体只要是质量足够大,
那么光是无法逃脱的。他说的不就是黑洞吗?
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1915
年,爱因斯坦通过广义相对论预言了黑洞的存在。
1916
年,德国物理学家卡尔
·
史瓦西根据广义相对论建立了描述黑洞的数学公式,并且进
一步指出,如果有一种
天体质量无限大、空间无限小,就具有非常大的引力场,以至于任何物质都无法逃脱,甚
至连光粒子都不例外。
有一个人认为他的理论很荒谬,就开玩笑地说:
“
你说的是个黑洞吧!
”
后来,黑洞这个词
就真的成了这种天体的正式命名。
黑洞是怎么形成的?
要问黑洞是怎么形成的?直接了当的回答是:黑洞是超大质量恒星坍缩后形成的。
一个超大质量的恒星到达一定年限,开始加速膨胀了,当它把自身的能量耗尽后,核心在
自身作用下迅速收缩、塌陷,简称坍缩。这种坍缩持续进行下去,最后形成密度极高、质量极
大的物质。密度高、质量大,于是就具有极大的引力,使得任何靠近它的物质都会被吸进去,
包括光。这就是黑洞的形成过程。
举个大家比较熟悉的例子,刘慈欣
的科幻作品《流浪地球》描写的就是太阳从膨胀到坍
缩的过程。如果把太阳比作人类,它也有一个从幼年到青年,再到壮年,然后到老年,这样一
个过程。当太阳进入老年时,体积开始膨胀,就变成红巨星
;
膨胀到顶点后开始坍缩,变成白
矮星
;
最后坍缩的过程结束,成为黑矮星。太阳为什么没有变成黑洞呢?那是因为它还不够
级,也就是说,太阳的个头不够大,质量不够大。据科学家推算,至少要超过
8
个太阳质量的
恒星才有可能变成黑洞。看,黑洞是一种很牛的天体。
黑洞长得什么样?
由于黑洞不发光,难以直接观测到它的样子,科学家只能通过各种间接的方式探测黑洞。
他们主要是根据黑洞的巨大引力对周围天体产生的影响,来确定黑洞的存在,另外是观察黑洞
的吸积盘来分析黑洞。所谓吸积盘,就是在被黑洞吞吃前,在黑洞边缘沉积,并且围绕着黑洞
旋转的物质。
人们是不可能观测到物质被吸入黑洞的过程的,只能看到黑洞边沿的吸积盘。吸积盘就是
黑洞外围物质高速运动所产生的高能辐射。第一张黑洞照片
2019
年
4
月
10
日,
“
事件视界望远镜
”
项目代表向全世界公布了人类史上首张黑洞照片。
这个代号
M87
星系中的黑洞距我们地球
5500
万光年,这是一个让人难以想像的遥远的距离。
一般的天文望远镜是根本看不到的,就是大名鼎鼎的哈勃望远镜的分辨率也得再提高
1000
倍
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才能达到要求。但是脑洞大开的天文学家们想出了一个好办法,他们动用了分布在全球的
8
个
天文台的射电望远镜,组成了一个虚拟的、口径接近地球直径的望远镜。这座望远镜阵列,称
为
“
事件视界望远镜
”
。什么是事件视界望远镜?
想知道什么是事件视界望远镜,先得弄清楚什么是事件视界。简单明晰的回答:一个事件
刚好能观察到的那个时空界面为事件视界。掰开了说,就是黑洞里的事件人们是观察不到的,
黑洞外面的事件人们是可以观察到的。可观察到的事件与不可观察到的事件之间的边界,就是
事件视界。事件视界望远镜当然就是用来观察事件视界的望远镜了。
这张具有历史意义的照片,拍的是椭圆星系
M87
中心的超大质量黑洞。这个黑洞质量高
达太阳的
65
亿倍。黑洞吞噬一切,包括光线,怎么给它拍照呢?办法是有的,我们拍不到黑
洞里面的物质,但是可以拍黑洞的视界以及黑洞视界外围的吸积盘。吸积盘围绕着黑洞高速旋
转,这些物质相互摩擦发出炽热的光、电波和射线。这些都是可以捕捉到的。所以说,这张照
片拍摄到的不是黑洞本身,而是利用黑洞边界上的物质发射出的辐射波勾勒出来的黑洞轮廓。
事件视界望远镜项目是一个大规模的国际合作科研项目。它是由位于智利、西班牙、美
国、墨西哥、格陵兰岛、南极和夏威夷等地天文台的
8
个天文望远镜构建成一个口径等同于地
球直径的望远镜,用这个望远镜阵列同时、同相位地观测黑洞,给黑洞拍照。同时是保证拍摄
时间绝对一致,同相位是指接收到的频率信号一致。
全球多个国家和地區的
200
多位科研人员共同合作,经过多年的努力,终于成功拍摄出第
一张黑洞照片。以前的黑洞图片都是通过想像、推测设计出来的,这次事件视界望远镜项目发
布的第一张黑洞照片是人类第一次捕捉到的黑洞的真实影像。这张照片揭开了黑洞的面纱,让
我们看到了它的真面目。这张照片证明黑洞的真实存在,验证了
100
多年前爱因斯坦关于黑洞
的预言是正确的,使人类对黑洞的研究向前迈进了一大步,也为全球合作进行重大科研项目提
供了又一成功的范例。接下来,科学
家将会拍摄更多的黑洞照片,对黑洞进行更深入的研究。
黑洞的预言被证实了,人类探索宇宙奥秘的脚步不会停止,有人预言宇宙中还有白洞。白
洞是与黑洞相反的宇宙天体,它也具有强大的引力场,任何物质都无法进去,包括光。科学家
进一步设想当黑洞和白洞连接起来是否会形成虫洞,所谓虫洞就是时间隧道。
宇宙太博大了,科学太有趣了,科学探索是永无止境的。
本文来源:
https://www.2haoxitong.net/k/doc/44a5643ece1755270722192e453610661ed95ac4.html
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