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宇宙中的黑洞吞噬的星球,都去哪里了?
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黑洞是目前人类在宇宙中发现的最神奇,最神秘的一种天体,最早提出存在黑洞这种天体是通过爱因斯坦的广义相对论计算出来的,直到2019年4月,人们才在狭义上通过视界望远镜拍摄到了黑洞的图片,从而确切的证明了黑洞的存在。
对于黑洞,我们印象最深刻的就是其引力很大,在其视界内,就连光逃不出它的引力,它能够撕裂一切靠近它的物质。那么这就产生了一个有趣的问题,宇宙中的黑洞吞噬掉的星球,都去哪了?
在黑洞周围(即事件视界)其实是空空无也的,因此可以说黑洞的胃口是无限的,它会无休止地吞噬到所捕获到的任何物质。
那么黑洞为什么会有吞噬能力呢?
根据牛顿的万有引力定律可以得到质量和引力有关,并且引力与天体的质量是成正比的,也就是说恒星的质量越大,其引力也就越大。
众所周知,黑洞的质量是非常大的,那么其引力也是非常大的,大到你无法想象。经过科学家们的研究发现,无论是第一宇宙速度还是第二宇宙速度都与天体自身的质量有关,换句话来说,其物体的质量越大,那么它所需的速度就越大,因此我们可以说黑洞所需要的速度比第二宇宙速度还要高,甚至还要高于光速,这也就会使得任何低于或者等于光速的东西都会被黑洞吸进去,无法逃逸。
根据爱因斯坦狭义相对论的“光速不变原理”的假设,我们可以推断出任何物质、信息、能量都无法超越光速,因此我们可以认为,在已知的所有物质都会被黑洞所吞噬,但牛顿的万有引力定律只适用于弱引力场,因此在强引力场中误差会比较大,这时爱因斯坦的广义相对论就可以对这作出解释,爱因斯坦认为引力的本质是时空的弯曲,而地球之所以能够绕着太阳转,也是因为太阳压弯了周围的时空,才得以地球沿着时空的测地线运动。
并且惠勒也曾经说到,时空告诉物质如何运动, 物质告诉时空如何弯曲,所以,如果说太阳能够使得时空弯曲,那么黑洞也可以,不同的是黑洞对时空的弯曲程度是十分剧烈的,甚至在它周围的物质如果沿着测地线运动都会掉落到黑洞当中,当然,光也会不例外。
因此我们可以说,迄今为止,我们人类已经探明的物质都没有办法逃离黑洞,可以说是无一例外,这都是因为黑洞巨大的引力所造成的。
黑洞拥有着可怕的引力,每一个在其周围的恒星都难逃被吞噬的命运,但只要在安全距离以内。科学家们对黑洞的吞噬也一直在进行一定的研究,那么黑洞是如何对周围东西进行吞噬的呢?
黑洞是如何对周围东西进行吞噬的?
由于有大量的物质集中在黑洞那极小的体积中,导致它们塌陷成奇点,也让其周围环绕着任何物质都无法逃脱,如果有物质离黑洞太近,那么黑洞的力量就会将其撕裂。
而黑洞是由于一个大质量的恒星变成超新星后,在中心核心内爆炸形成,并且如果有任何物质位于黑洞的事件视界内,即使它以极限宇宙速度极限移动,也是无法逃脱的,一旦越过临界点形成一个黑洞,事件视界内的所有东西都会收缩成一个奇点。
对于黑洞外的物体来说,由于黑洞的质量非常大,因此当物质接近黑洞的时候,就会感受它巨大的潮汐力,对于潮汐力相信大家都有一定的了解,如果地球部分地区离月球近,那么这片区域将会受到比较大的引力,因此越接近黑洞,引力就越强,潮汐力撕开组织的力量也就越强,因此潮汐力量和黑洞周围已经存在的物质的结合可以将外部物体撕裂,一小部分被撕开的粒子将经历足够的阻力,被引入吸积盘并最终进入黑洞本身。
就拿发生在距离我们18亿光年以外的星空中的一场“黑洞进食”来说,这场观测最早是从2005年开始的,其实人类之前是从未有过如此好的机会,可以观察到这一天文奇观。
这场观测发现,当“潮汐瓦解”这一过程发生的时候,一颗完整的恒星被撕得稀碎,变成了一段弧形的长条状形态,然后慢慢进入到黑洞内部。
黑洞本身并不发光,也无法反射光线,但是它的超级引力会将撕裂出来的恒星物质进行压缩和加热,从而释放出耀眼的光芒,形成一个类星体,而这样的类星体发出的光短暂而明亮,随着时间的推移,X射线频段的亮度会慢慢的减弱,直到最后所有的光芒消失。
一般来说,任何东西吸收掉其他物质都会壮大自身的体积,就比如我们人吃多了肚子会大起来,但黑洞却是一个例外,黑洞吸收掉其他物质之后却没有任何变化,那么被黑洞吞噬掉的东西去哪里了呢?
被黑洞吞噬掉的东西去哪里了?
事实上依我们目前的科技能力,对于黑洞我们只能观察到它吞噬天体的过程,撕裂粉碎成粒子,然后吸收,但是对于去向确实一无所知。
而目前科学界对于黑洞吞噬掉的东西去向主要有两种猜测:一种说法是黑洞自身消耗了吸收的粒子,转而消耗变成热辐射发射散去。而另一种就是所谓白洞理论,是异世界异空间学说,这种说法认为黑洞作为导体,负责吸收,而能量会随之从白洞散发,这样黑洞白洞作为一体而言那就可以解释的通。
黑洞其实算是一种天体,而其吞噬就是将一切物质吸到附近然后进行粉碎,所以说成为黑洞的一部分这个说法应该不成立,但吸收应该是壮大体积,而黑洞却是渐渐在消失,因此黑洞应该不是独立的宇宙系统。
大胆的说,它应该是可以将一切吸收到的能量进行转换然后发散到宇宙中,形成我们所认为的热辐射。所谓的白洞理论其实只是一种猜测,现在没有任何科学依据可以让这个理论站得住脚,只是说人们对于时空的期待和幻想导致了这一大胆的猜测。
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本质上讲,黑洞也是宇宙其中一类天体,通常情况下我们说的黑洞是指超大质量恒星在燃料耗尽之后迅速塌缩形成的天体,从这方面来讲,黑洞本身作为一类天体与太阳甚至地球并没有本质的区别。
但是黑洞之所以如此特别,如此让人不解,就是因为由于黑洞的引力达到了所谓的极限,甚至连光线都逃脱不了它的“魔掌”,以至于我们几乎完全不能对黑洞有全方位的认知,而如今对黑洞的理解和诠释更多的还是理论层面上。
理论上讲,黑洞的两大概念确实超乎了很多人的想象,这两大概念就是“事件视界”和“奇点”,简单来说,事件视界就好像现实世界与另一个世界的分界线,一旦越过事件视界,目前已知的所有物理定律都不再适用,时间也不复存在。而奇点更是被认为是密度和温度都达到无限大而体积无限小的一点。那么如果一旦有物质被黑洞吞噬,都会去向哪里呢?
第一种理论,从黑洞外部来看,我们永远不可能看到黑洞吞噬物体的全过程,因为一旦到达黑洞的事件视界,时间就戛然而止,物体就好像瞬间静止了,而事实上物体早就已经被黑洞吞噬,但从外部看到的不是吞噬而是物体在时间上的完全静止,一切都好像全息图一样覆盖在黑洞表面,这也是宇宙全息论的要点之一。
第二种理论,被黑洞吞噬的任何物体都被被彻底撕碎,成为黑洞的一部分,并最终落向黑洞奇点,这种理论是最简单明了的解释,事实上与木星还有我们的太阳吞噬物体的方式并没有太大区别,只有黑洞的引力太强大而已。第三种理论认为,黑洞的的另一端是白洞,白洞的性质与黑洞恰恰相反,黑洞吞噬物体,而白洞只吐不吞,说白了黑洞吞噬的物体会从白洞“吐出来”。
第四种观点,黑洞是通向另一个世界的通道,也就是通往平行宇宙。黑洞巨大的质量把时空结构拉伸到极限,甚至完全能够撕裂目前我们所在的宇宙时空,通向另一个宇宙。当然还有一种观点认为,通过黑洞能够进入更高的维度,就像科幻电影《星际穿越》那样进入第五维度空间,在那里可以看到我们现实世界的过去未来,并且可以通过引力的作用与现实世界互动。
当然,如果说我们目前现实的物理定律无法解释神秘的黑洞,也意味着肯定存在着更高一级的物理定律等这我们发现,可以预见的是,全新的物理定律将会是颠覆性的!
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黑洞分为两种:一种是能够自旋的黑洞,这种黑洞的周围会有吸积盘,如上图所示,天体被这种黑洞吸引并不会落入黑洞的表面和内部,而是在强引力的作用下将天体撕扯成碎片,最后变成物质的基本单位夸克、胶子和光子等,然后变成吸积盘的一部分。
另一种黑洞是不能自旋的黑洞,这种黑洞如上图所示,在宇宙中就是一个黑色的圆球,一些质量较大的恒星或行星容易被吸引,进入黑洞的内部,当然结果也是一样的,会变成物质的基本单位,最终进入黑洞中心的奇点。
很多人会有疑问,难道黑洞是无限吸收物质的吗?其实并不是,不管是哪种黑洞,它们都会存在“霍金辐射”。黑洞并不是存在于三维空间内的一个无底洞,黑洞和其它星球一样就是一个圆球。根据海森堡测不准原理,宇宙中被黑洞吸收的物质会在黑洞之外产生一对虚粒子,像两个同性的吸铁石一样,一个被黑洞吸收,另一个就会加速远离黑洞。这就相当于天体被黑洞吸收后又吐出来了一样,被称之为霍金辐射,也是完全符合能量守恒定律的。综上所述,被黑洞吞噬的物质最终会被黑洞变成基本粒子吐出来,散布在宇宙各个角落。
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上海科技报科普问答主持人:主任记者吴苡婷
黑洞是宇宙中的一种天体,它是恒星死亡后的形态,如果恒星的质量大于太阳质量3.2倍,那么当发生引力塌陷后就成为了黑洞。如果小于1.4个太阳质量的恒星在最后的时刻就变成了白矮星。黑洞是一个超大的引力场,它的体积不大,但是质量和密度特别大,包括光在内的电磁波都无法逃逸出来。我们看到的很多黑洞的照片是黑漆漆的一个洞,而真正黑洞是隐形的。我们可以通过引力的测试判断这是不是一个黑洞的区域。
黑洞巨大的引力可以轻而易举地撕裂星球上的所有物质,让它们变成基本粒子的形态,但是有意思的是霍金认为人类进入黑洞不会死亡而是会进入一个平行宇宙。黑洞似乎是一个只进不出的地方,谁也不知道那些物质究竟去了哪里,但科学家也发现黑洞也会发生爆炸。多年来,天体物理学家一直认为在黑洞相反的区域应该还有一个白洞的物质,有点像物质和能量守恒的原理,有吞进去就有吐出来,白洞也是一个超高度致密物体,但是与黑洞只进不出的性质不同,它只出不进,不断地喷射星际物质和宇宙能量。有些物理学家还认为黑洞和白洞的连接体就是虫洞,所谓虫洞是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道,最早由奥地利物理学家弗莱姆提出的,后来爱因斯坦在研究引力场方程中,认为人类可以通过虫洞进行空间转移或者是时间旅行。
黑洞我们已经证实其的存在,但是白洞和虫洞还只是物理学家笔下存在的理论模型,它们是不是存在,以何种形态存在,还要等待科学家们给出实证的解释。
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一提到黑洞,是不是就变得紧张起来了呢?的确,作为宇宙中最可怕的天体,黑洞虽然不能被看见,但是它的恐怖威力却让任何物体都不敢轻视。
黑洞是相对论预测存在的一种天体。如果一个恒星的质量大于太阳质量的3.2倍,那么当它寿命将尽的时候,它就会在自身巨大的引力作用下塌陷成黑洞,而如果一个恒星的质量小于1.4倍太阳质量的时候,那么它最终就会变成一个白矮星,太阳在它寿命结束的时候就会变成一个白矮星。白矮星的密度已经很大了,而如果是黑洞的话,密度将会更大,黑洞的体积很小,但是质量却很大,这就导致了黑洞周围的引力场异常强大。黑洞有一个视界半径,只要进入了视界半径之内,任何物体哪怕是光线都无法逃脱,所以说黑洞就是一个无底洞,一个吞噬一切物体的无底洞。
黑洞里面的引力巨大,大到可以轻易撕碎一切物质,让其变成基本粒子形态,但是黑洞真的是一直吞噬物体吗?如果是这样的话,那么总有一天全宇宙都会被黑洞吞噬,所以那些被黑洞吞噬的物体的去向就让人们很关心了。虽然黑洞不能被看见,但是却可以通过其周围的引力状态判断是否有黑洞存在。而一些学者认为黑洞是可以爆炸的,就像是一个气球一样,吹了足够多的气体,总有爆炸的时候,也有人认为黑洞的另一端连接着白洞,被黑洞吞噬的物体最终会从白洞中被释放出来,但是那也是另外一个宇宙的事了。只是白洞更是人们假想出来的,存在与否很难说。
如果白洞存在的话,那么似乎也说得过去,因为黑洞也不可能一直吞东西吧,不会被撑死吗?与黑洞只吞不吐相反,白洞却会不停地往外喷射星际物质以及能量。有些物理学家还认为黑洞与白洞之间的连接体就是虫洞,而虫洞简而言之就是时空隧道,是一个连接两个时空的狭窄隧道,通过虫洞可以进行星际穿越和时间旅行。
黑洞引力那么大,按道理说如果一个人不幸掉进了黑洞的话,那么他应该被撕得粉碎,但是霍金却认为进入黑洞之后人类不会死亡,而会进入另外一个平行宇宙。那些被黑洞吞噬的物体,最终可能一直留在黑洞里面出不来,而黑洞里面的空间是极度扭曲的,各种维度的空间都有可能存在,所以那些物体最终掉到了哪里真的很难说。