快捷搜索:  汽车  科技

宇宙中所有天体撞击最大的黑洞:宇宙中最奇特的天体是怎么提出来的

宇宙中所有天体撞击最大的黑洞:宇宙中最奇特的天体是怎么提出来的虽然,黑洞被视为广义相对论预言之一,但很长时间里并不被科学界多数人接受,包括爱因斯坦本人也不相信天体能坍缩到一个黑洞那样致密。不过随着天文观测的发展,越来越多的证据显示黑洞的存在,期间催生了霍金这样的专门从事黑洞研究的物理学家,并把黑洞理论成功地向大众科普。因此,科学家以史瓦西半径作为界限,称为事件视界,代表没有任何信息能从其内逃逸出来。而视界构成的一个光速无法逃逸的临界面称为视界面,这种特殊天体就是以视界面作为表面,后来美国物理学家惠勒给他起了一个形象的名字——黑洞。虽然结果一样,但是,广义相对论根据史瓦西解半径公式所预言的这种天体跟牛顿万有引力理论根据逃逸速度公式预言的暗星是有着本质区别的。根据牛顿理论,暗星上的光子发出后是会向外跑一段距离的,最终会因动能损失沿抛物线落回暗星表面,无法传播到无穷远处。但当你靠近一个表面逃逸速度刚好达到光速的暗星时,你是能看见部分向外非常,还没落回暗星表

虽然在广义相对论之前,爱因斯坦就通过光电效应的解释恢复了光的粒子性,并给出了光子的能量计算公式:E=hv(E为光子能量,h为普朗克常数,v为光子的频率),利用狭义相对论的质能公式E=mc^2就能得到光子的质量。光子有了质量就能通过牛顿的万有引力公式计算它被太阳引力吸引产生的偏折。但根据计算,两者预言的结果是不一样的,广义相对论所预言的星光偏折程度会更为严重。

在广义相对论作出预言三年后的1919年,英国物理学家爱丁顿通过对非洲日全食的观测,证明了广义相对论的正确性,他拍摄到的星光偏移程度与广义相对论的计算相当吻合,与牛顿万有引力理论的计算则存在较大的误差,广义相对论的空间弯曲理论大获全胜。

宇宙中所有天体撞击最大的黑洞:宇宙中最奇特的天体是怎么提出来的(1)

弯曲的时空囚笼——黑洞

在爱因斯坦给出广义相对论的引力场方程以后,德国天文学家史瓦西通过求解引力场方程,得到球对称、非旋转引力场下的一组精确解,其中得到一个著名的公式——史瓦西半径公式。

通过把一定质量代入这个公式能计算得到一个半径,这个半径称为史瓦西半径,其半径处的逃逸速度将刚好达到光速,牛顿时代的暗星重现了!而且你会惊奇地发现,它实际上跟变换后的逃逸速度的计算公式是完全一样的,只是把v换成了光速常数c。

宇宙中所有天体撞击最大的黑洞:宇宙中最奇特的天体是怎么提出来的(2)

虽然结果一样,但是,广义相对论根据史瓦西解半径公式所预言的这种天体跟牛顿万有引力理论根据逃逸速度公式预言的暗星是有着本质区别的。

根据牛顿理论,暗星上的光子发出后是会向外跑一段距离的,最终会因动能损失沿抛物线落回暗星表面,无法传播到无穷远处。但当你靠近一个表面逃逸速度刚好达到光速的暗星时,你是能看见部分向外非常,还没落回暗星表面的光子的。

而根据广义相对论,光子是由于空间的弯曲无法逃逸,在史瓦西半径处,光子的的传播方向是向内的,它根本不能向外传播,它没法离开其表面哪怕1纳米。可以认为,史瓦西半径处的空间弯曲得向内闭合了。

宇宙中所有天体撞击最大的黑洞:宇宙中最奇特的天体是怎么提出来的(3)

因此,科学家以史瓦西半径作为界限,称为事件视界,代表没有任何信息能从其内逃逸出来。而视界构成的一个光速无法逃逸的临界面称为视界面,这种特殊天体就是以视界面作为表面,后来美国物理学家惠勒给他起了一个形象的名字——黑洞

宇宙中所有天体撞击最大的黑洞:宇宙中最奇特的天体是怎么提出来的(4)

黑洞现身——视界面望远镜阵列拍摄的黑洞照片

虽然,黑洞被视为广义相对论预言之一,但很长时间里并不被科学界多数人接受,包括爱因斯坦本人也不相信天体能坍缩到一个黑洞那样致密。不过随着天文观测的发展,越来越多的证据显示黑洞的存在,期间催生了霍金这样的专门从事黑洞研究的物理学家,并把黑洞理论成功地向大众科普。

现在,已经基本没有人怀疑黑洞的存在,在去年,人类就首次通过分布在全球的视界面望远镜阵列在亚毫米波段成功拍摄了黑洞的影像,拍摄的图像与根据广义相对论数值模拟的影像完全一致,再次不容置疑地证明了黑洞这种奇葩天体的存在。

宇宙中所有天体撞击最大的黑洞:宇宙中最奇特的天体是怎么提出来的(5)

猜您喜欢: