黑洞是純黑色的嗎?它會一直存在下去嗎?
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在北京時間2019年4月10日21時左右,人類成功拍攝到了黑洞的第一幅“照片”,這張照片在中國上海和臺北、美國華盛頓、比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、日本東京、丹麥靈比六地同時發佈。
2019年4月10日這一天註定會成爲人類文明進程的一個重要日子,至少是探索宇宙空間奧祕里程碑式的時間點。
這是我們人類第一次真正意義上“看”到了“黑洞”,傳說中的“黑洞”也終於揭開神祕面紗。
愛因斯坦在廣義相對論中,預言提出了在浩瀚的宇宙空間內存在的一種密度極大、體積極小的天體,這種神祕天體的引力非常非常的大,大到什麼程度呢?連光都無法逃脫,會被它吸走。
自從愛因斯坦提出在宇宙中存在着這樣神祕的天體,它讓所有科學家爲之着迷和瘋狂,誰都想證明“黑洞”存在,或者認爲這只是一種假設。
誰給這種神祕天體命名爲“黑洞”呢? 美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒把這種神祕的天體命名爲“黑洞”。
“黑洞”是黑色的嗎?
很多人以爲“黑洞”這個名字當中有個“黑”字,認爲它就是黑色。其實這種認識是非常錯誤,“黑洞”並不“黑”,只是它無法被直接觀測到而已,但是我們可以藉由間接方式得知其存在與質量,並且觀測到它對其他事物的影響。
恆星爲什麼會衰老滅亡和塌縮呢?
當某一個恆星逐漸衰老,走向滅亡的時候,它的熱核反應已經耗盡了核心的燃料,那麼由核心產生的能量已經不多了。一旦恆星進入這樣衰亡的狀態,那麼它就再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。
這就好比我們在水裏,假設就只存在水的浮力和地球的重力這兩種力,當浮力≥重力的時候,我們就可以漂浮在水面上,一旦水的浮力逐漸變小,甚至消失,那麼重力就會把水裏的萬物拉入水底,不能逃脫。
因此,當恆星在外殼重壓的作用之下,往內部拼命擠壓收縮,那麼核心在自身重力的作用下開始坍縮,物質將不可阻擋地向着中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。
當這樣的星體半徑收縮到一定程度的時候,巨大的質量產生非常大的引力,導致時空扭曲,使得即使光也無法向外射出,經過的光或物體也會被“吸收”,這就是“黑洞”。
什麼是視界呢?
一般情況下,我們把“黑洞”的邊界稱爲視界。
我們知道,“黑洞”是一種高質量、密度非常大的天體,這樣就導致它能產生非常大的引力,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去,光也不例外,造成一個結果就是“黑洞”無法直接被觀測到。
因此,我們把剛好能被觀察到的那個時空界面稱爲視界。如發生在“黑洞”裏的不會被黑洞外的人所觀察到,因此我們可以稱黑洞的界面爲一個視界。
“黑洞”具有的超強引力使得光無法逃脫它的勢力範圍,該勢力範圍稱作“黑洞”的半徑或稱作視界。
怎麼證明“黑洞”的存在?
雖然愛因斯坦在廣義相對論中預設提出“黑洞”這一神祕天地,但科學家們早期想證明它的存在,還存在一定困難,甚至引發一些科學家質疑其是否存在。
時間就是最好的答案,“黑洞”這一神祕天體在經過漫長的時間推測後,已經慢慢被人們所接受。
目前在學術界主要有以下三類方法證明其存在:
一是恆星、氣體的運動透漏了黑洞的蹤跡。
黑洞有強引力,對周圍的恆星、氣體會產生影響,於是我們可以通過觀測這些變化和影響來確認黑洞的存在。
二是根據黑洞吸積物質,也就是吃東西時發出的光來判斷黑洞的存在。
三是通過觀測到黑洞成長的過程來“看”見“黑洞”的存在。
根絕新聞報道,到目前爲止,科學家們在銀河系發現和確認了20多個恆星級質量“黑洞”,但可能有上千萬個恆星級“黑洞”候選體。
“黑洞”有大小之分嗎?
“黑洞”最大的特點就是質量和密度非常大,因此天文學家們根據質量的大小,將宇宙中的“黑洞”分成三類:
1、恆星級質量“黑洞”(幾十倍—上百倍太陽質量);
2、中等質量“黑洞”(幾十倍—上百倍太陽質量<中等質量黑洞<幾百萬倍太陽質量);
3、超大質量“黑洞”(幾百萬倍太陽質量以上)。
根據相關理論的推算,在宇宙空間每個星系中心都有一個超大質量的“黑洞”,如我們居住的銀河系中心就有一顆超大質量“黑洞”,它的質量大約是太陽質量的400多萬倍。同時,天文學家們預測銀河系中應該存在着上千萬個恆星量級的黑洞。
“黑洞”會滅亡嗎?
在普通大衆的認知裏,既然“黑洞”是宇宙空間內一種密度極大、體積極小的天體,由於它超強的引力連光都能吸走,應該屬於無敵,是不是屬於“不死之身”呢?
其實不是,“黑洞”也會走向滅亡,直至消失。“黑洞”周圍的引力場會釋放出能量,同時消耗黑洞的能量和質量。
因爲根據物理學裏的質能方程E=mc2,說明能量的損失會導致質量的損失,那麼“黑洞”也是如此。當“黑洞”損失質量時,它的溫度和發射率增加,因而它的質量損失得更快,這個現象被稱爲“霍金輻射”。
“黑洞”的質量越來越小時,它的溫度會越來越高,直到“黑洞”的爆炸。
自從愛因斯坦在廣義相對論裏預言“黑洞”的存在,再到第一張“黑洞”照片的誕生,整整耗費一百多年的時間。在這個過程中,包括霍金在內無數科學家耗費大量的心血,都想弄清楚“黑洞”的內部是什麼樣子?“黑洞”和宇宙爆炸論又有什麼關係呢?還有很多未知問題等着人類去探索和解決,相信在不久的未來,科學們會給我們一個答案,那時人類應該能在星辰大海中觀察“黑洞”。
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