在知識時代、信息交流發達的時代,對於?黑洞?壹詞,想必很多人都有所耳聞,尤其是在2019年4月10日由事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)拍攝的黑洞照片(Photo of Black Hole)首次公布,這個像蜂窩煤壹樣的照片是人類首次拍攝的黑洞形象,它是來自於距離地球5500萬光年的M87星系中心的超大質量黑洞。
這張照片的獲得並不是那麽簡單的,它是從2017年4月5日起,8座大型射電望遠鏡連續數天進行聯合觀測,並且又經過2年的數據整理分析,我們才能壹睹黑洞的真容。當然這實際並非黑洞的真容,只不過是它的?事件視界外的?光環?而已。
黑洞發展史
黑洞是壹種特殊的天體,記住它是天體,並非是字面上所理解的?洞?。從牛頓力學角度來理解,我們知道任何天體都有其逃逸速度,簡單來理解就是壹個物體能脫離該天體的最小初速度,地球的逃逸速度就是11.2公裏每秒。那麽是否存在這樣壹個天體,它的逃逸速度超過光速,這就意味著世間的壹切物體包括光字都無法逃逸出來。
其實這就是拉普拉斯所說的?宇宙中最大的天體是看不見的,因為光都無法從這顆天體逃出來?,拉普拉斯把這類可能存在的天體稱之為暗星。但實際上這種思想是由米歇爾最早提出的,只不過拉普拉斯把它歸納到自己的著作《宇宙系統論》裏。
愛因斯坦在提出廣義相對論後曾用場方程來研究這種特殊的天體,發現了場方程的壹個特解正好滿足這種特殊天體的存在。但那個時代這個特殊天體還沒有?黑洞?這個名字,直到1967年惠勒在壹場演講中使用?黑洞?這個名字,之後這個特殊天體的?黑洞?之名才流傳開來。
黑洞種類
黑洞的含義大家都清楚了,從質量大小上來分類黑洞可以分為三種:
壹、原初黑洞:這類黑洞目前並沒有被發現,只是科學家假想出來的壹種黑洞類型,只不過它們的質量都很小,霍金認為這類型黑洞應該廣泛存在於宇宙空間中。在宇宙大爆炸初期,壹切的物質和能量都來源於那個無限致密的奇點,在大爆炸瞬間部分物質被極速壓縮,被擠壓成質量微小的黑洞。
通過分析計算表明,原初黑洞的質量範圍在十萬分之壹克到10億噸之間,較大的原初黑洞質量也不會超過壹顆小行星。按照計算模型這類小黑洞溫度超過1200億開爾文,有很強的輻射,因此可能很快的消失殆盡。
二、恒星級別黑洞:1928年錢德拉塞卡提出黑洞是由恒星演化到生命後期形成,由於無法阻擋自身的引力而向中心快速坍縮,最終形成致密恒星。致密恒星有三種:白矮星、中子星和黑洞。質量小於1.4倍太陽質量(錢德拉塞卡極限)恒星會演化為白矮星;當質量大於1.4倍太陽質量小於3.2倍太陽質量(奧本海默?沃爾可夫極限)恒星會演化為中子星。當質量大於3.2倍太陽質量最終產生黑洞。
三、超大質量黑洞:這類黑洞壹般都存在於星系的中心,質量巨大,例如銀河系的中心就有壹個超大質量黑洞人馬座A*,它的直徑範圍4400萬公裏,這差不多為水星到太陽的距離了(4600萬公裏)。還有本文開頭介紹的第壹張黑洞照片,就是壹個超大質量黑洞的照片,科學家認為它們的存在,起著很好的凝固星系的作用。
黑洞為什麽看不見?
其實前文已經提到很多了,黑洞看不見是理論上的說法,這也是它名字的由來,因為質量大致密,讓壹顆天體的逃逸速度大於光速,這也就意味著宇宙中最快的速度光速,也無法逃脫出去,我們看見壹個物體就是因為它發光或者反射光進入我們的眼睛,而黑洞無法反射光。
但是黑洞的吸積盤我們是可以看到的,黑洞就像是壹個永不滿足的貪婪著,它們會吞噬靠近的壹切物體,當壹顆恒星接近黑洞,會逐漸的被剝離吞噬,這個過程中會在黑洞周圍形成高能高熱的吸積盤,這個時候我們是可以觀測到的,但也並不是真正的黑洞。
霍金關於黑洞的看法
霍金是壹位著名的宇宙學家和理論物理學家,壹生中比較大的貢獻就是在研究宇宙學和黑洞上。1970年霍金發現黑洞視界面積不減定理:黑洞的視界面積永遠不可能減小,當多於壹個黑洞合並時,其總的視界面積也如此。
後來霍金繼續對黑洞進行研究,霍金認為黑洞並不是壹毛不拔的,而是有著黑洞輻射的存在或者說是霍金輻射。從量子力學的角度出發,整個宇宙空間內都充滿了虛粒子和虛反粒子組成的粒子對,它們會不斷的結合湮滅,之後再次出現結合湮滅。
正常情況下這個過程並沒有特殊的地方,但如果是在黑洞的邊緣上發生這種情況,那麽就有意思了。當這對粒子中的壹個成員落進黑洞徹底消失出不來,那麽另外壹個粒子就獲得能量跑掉了,這在某種意義上來說就是黑洞的輻射。但是大質量黑洞如果存在輻射過程是很緩慢的,因此無從測量。要想驗證霍金輻射最好的對象就是原初黑洞或者說是人工制造的黑洞。
因此說從霍金的角度來說黑洞並不是想象中的那麽黑。
文/科學黑洞,圖片來源網絡侵刪。