【宇宙雜談】最小黑洞VS最大黑洞

關(guān)于蟲洞，平行宇宙，時空，黑洞等的書

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宇宙黑洞

　　黑洞是現(xiàn)代廣義相對論中，宇宙空間內(nèi)存在的一種密度無限大，體積無限小的天體，所有的物理定理遇到黑洞都會失效。 　　1916年,德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西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(zhì)集中于空間一點,其周圍會產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象,即在質(zhì)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(xué)家約翰·阿奇巴德·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”。 　　黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。黑洞的質(zhì)量極其巨大，而體積卻十分微小，它產(chǎn)生的引力場極為強勁，以至于任何物質(zhì)和輻射在進入到黑洞的一個事件視界（臨界點）內(nèi)，便再無法逃脫，甚至目前已知的傳播速度最快的光（電磁波）也逃逸不出。 黑洞無法直接觀測，但可以借由間接方式得知其存在與質(zhì)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紫外線和X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(zhì)量。 科學(xué)家最新研究理論顯示，當黑洞死亡時可能會變成一個“白洞”，它不像黑洞吞噬鄰近所有物質(zhì)，而是噴射之前黑洞捕獲的所有物質(zhì)。 　　如果要讓地球成為一個黑洞，那么需要把地球壓縮成一顆豌豆那么大。

宇宙與黑洞

宇宙就是包羅萬有，一切已知的、未知的、能想象到的、還沒想象到的所有的一切都在其中，因為宇宙最本質(zhì)的特征就是兩個字——無外。 上面我說的宇宙是最廣義的概念，更狹義的概念是：排除主觀想象、思想以外的所有已知和未知的客觀事物的總和。 最狹義的宇宙的概念，也是物理上常使用的宇宙的概念是：一個完整的連續(xù)的無邊界的時空流形以及與該流形相關(guān)聯(lián)的所有物質(zhì)、能量、應(yīng)力（通過愛因斯坦場方程而相互聯(lián)系），通常它不與別的流形（亦即別的宇宙）連通，特殊情況下可能通過蟲洞一類的時空隧道與別的宇宙在一個很有限的時間內(nèi)連通。 一個時空流形是可能自我封閉的——它雖無邊界但體積卻是有限的，這個時候它與黑洞有類似之處——所有東西都限制于其中，并且體積有限。但區(qū)別也是明顯的——1）黑洞總有一個明顯的邊界（即視界），而封閉的宇宙時空流形卻根本就沒有邊界（盡管這個宇宙的體積是有限的）；2）黑洞以外有物質(zhì)落入其中是普遍的現(xiàn)象，黑洞也不真的只進不出，它也在不斷向外輸出質(zhì)量（這就是著名的霍金輻射或黑洞的霍金蒸發(fā)），但封閉宇宙的物質(zhì)進出卻是極其罕見的（至今也未發(fā)現(xiàn)，僅停留在理論猜測階段），而且也不像黑洞那樣是相當直接的進出，它要通過奇異的蟲洞一類的時空結(jié)構(gòu)；3）封閉宇宙可以膨脹——增大體積，但它不像黑洞那樣是由于增加了質(zhì)量的緣故，宇宙的膨脹是由于有初始的大爆炸的向外沖的動能以及神秘的現(xiàn)在還不知其真實面目的暗能量（也有稱其為宇宙常數(shù)）的斥力作用；4）黑洞內(nèi)的所有物質(zhì)總是朝著中心處的奇點（更復(fù)雜的奇環(huán)暫不考慮）加速運動，不存在相反方向的運動，而現(xiàn)實宇宙中的物質(zhì)至少在局部上看卻是各個方向的運動都有，不存在黑洞中的那種嚴格指向的運動。 一個時空流形當然也可能是平坦或開放的——它無邊界且體積也是無限的，這個時候它與黑洞就更不像了。宇宙的時空流形到底是封閉還是開放，由其中物質(zhì)（包括暗物質(zhì)）、暗能量、初始動能的相對含量來決定。目前看來那個神秘的暗能量是起著主要作用的，而人類對它卻知之甚少，所以說，探索宇宙奧秘之路遠比我們原以為的還要更漫長。

宇宙 黑洞

黑洞 　　“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”，其實不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場是如此之強，就連光也不能逃脫出來。 　　根據(jù)廣義相對論，引力場將使時空彎曲。當恒星的體積很大時，它的引力場對時空幾乎沒什么影響，從恒星表面上某一點發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小，它對周圍的時空彎曲作用就越大，朝某些角度發(fā)出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。 　　等恒星的半徑小到一特定值（天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”）時，就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時，恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質(zhì)一旦掉進去，“似乎”就再不能逃出。實際上黑洞真正是“隱形”的，等一會兒我們會講到。 　　那么，黑洞是怎樣形成的呢？其實，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來的。 　　我們曾經(jīng)比較詳細地介紹了白矮星和中子星形成的過程。當一顆恒星衰老時，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料（氫），由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。 　　質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽的質(zhì)量。如果超過了這個值，那么將再沒有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。 　　這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積趨于零、密度趨向無限大的“點”。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。 　　與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識?？墒歉鶕?jù)廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。 　　在地球上，由于引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。 　　更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的側(cè)面、甚至后背！ 　　“黑洞”無疑是本世紀最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動的天文學(xué)說之一。許多科學(xué)家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。不過，這些當代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言兩語能說清楚的。有興趣的朋友可以去參考專門的論著。 白洞 　　黑洞就象宇宙中的一個無底深淵，物質(zhì)一旦掉進去，就再也逃不出來。根據(jù)我們熟悉的“矛盾”的觀點，科學(xué)家們大膽地猜想到：宇宙中會不會也同時存在一種物質(zhì)只出不進的“泉”呢？并給它取了個同黑洞相反的名字，叫“白洞”。 　　科學(xué)家們猜想：白洞也有一個與黑洞類似的封閉的邊界，但與黑洞不同的是，白洞內(nèi)部的物質(zhì)和各種輻射只能經(jīng)邊界向邊界外部運動，而白洞外部的物質(zhì)和輻射卻不能進入其內(nèi)部。形象地說，白洞好象一個不斷向外噴射物質(zhì)和能量的源泉，它向外界提供物質(zhì)和能量，卻不吸收外部的物質(zhì)和能量。 　　白洞到目前為止，還僅僅是科學(xué)家的猜想，還沒有觀察到任何能表明白洞可能存在的證據(jù)。在理論研究上也還沒有重大突破。不過，最新的研究可能會得出一個令人興奮的結(jié)論，即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身！也就是說黑洞在這一端吸收物質(zhì)，而在另一端則噴射物質(zhì)，就像一個巨大的時空隧道。 　　科學(xué)家們最近證明了黑洞其實有可能向外發(fā)射能量。而根據(jù)現(xiàn)代物理理論，能量和質(zhì)量是可以互相轉(zhuǎn)化的。這就從理論上預(yù)言了“黑洞、白洞一體化”的可能。 　　要徹底弄清楚黑洞和白洞的奧秘，現(xiàn)在還為時過早。但是，科學(xué)家們每前進一點，所取得的成績都讓人激動不已。我們相信，打開宇宙之謎大門的鑰匙就藏在黑洞和白洞神秘的身后。

宇宙黑洞是如何形成的？

爆炸后突然收縮

宇宙黑洞是怎么回事？

就是空間的一個洞

宇宙里的黑洞是怎么形成的

是一種特殊的天體

宇宙黑洞真的能穿越時空嗎？

去了解一下地理吧

宇宙黑洞

　　黑洞是現(xiàn)代廣義相對論中，宇宙空間內(nèi)存在的一種密度無限大體積無限小的天體。黑洞的引力很大，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。 　　黑洞無法直接觀測，但可以借由間接方式得知其存在與質(zhì)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(zhì)量。

宇宙黑洞 簡介

黑洞是一種 引力 極強的天體，就連光也不能逃脫。當 恒星 的 史瓦西半徑 小到一定程度時，就連垂直表面發(fā)射的光都無法 逃逸 了。這時恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的 無底洞 ，任何 物質(zhì) 一旦掉進去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光無法逃逸，所以我們無法直接觀測到黑洞。然而，可以通過測量它對周圍 天體 的作用和影響來間接觀測或推測到它的存在。黑洞的產(chǎn)生過程類似于 中子星 的 產(chǎn)生 過程； 恒星 的核心在自身重力的作用下迅速地收縮，發(fā)生強力爆炸。當核心中所有的物質(zhì)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(nèi)部的空間和時間。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進行下去，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(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的力量，使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。黑洞開始吞噬恒星的外殼，但黑洞并不能吞噬如此多的物質(zhì)，黑洞會釋放一部分物質(zhì)，射出兩道純能量—— 伽馬射線 爆。 　　也可以簡單理解：通常恒星的最初只含 氫元素 ，恒星內(nèi)部的氫 原子 時刻相互碰撞，發(fā)生 聚變 。由于 恒星質(zhì)量 很大，聚變產(chǎn)生的能量與恒星 萬有引力 抗衡，以維持 恒星結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定。由于聚變，氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)最終發(fā)生改變，破裂并組成新的元素——氦元素。接著，氦原子也參與聚變，改變結(jié)構(gòu)，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，該恒星便會坍塌。這是由于鐵元素相當穩(wěn)定不能參與聚變，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部，導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬有引力抗衡，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞。說它“黑”，是指它就像 宇宙 中的無底洞，任何物質(zhì)一旦掉進去，就再不能逃出。跟 白矮星 和中子星一樣，黑洞 可能 也是由質(zhì)量大于 太陽質(zhì)量 好幾倍以上的 恒星演化 而來的。 　　當一顆恒星衰老時，它的 熱核反應(yīng) 已經(jīng)耗盡了中心的燃料（氫），由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始 坍縮 ，直到最后形成體積無限小、密度無限大的 星體 。 　　物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積很無限小、密度趨向很大。而當它的半徑一旦收縮到一定程度（一定小于 史瓦西半徑 ），質(zhì)量導(dǎo)致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——“黑洞”誕生了。