你在黑洞边缘度过一分钟,地球上就过了一千年,虽然难以置信,但事实就是这样——引力胜过了时间 - ag官方网站

你在黑洞边缘度过一分钟,地球上就过了一千年,虽然难以置信,但事实就是这样——引力胜过了时间

我们的恒星,太阳,将会安静的死亡。太阳是一颗只有平均质量和威力的恒星。在大约50亿年里,太阳燃烧完它最后的氢燃料之后,其外层将会渐渐散开,核心最终会被压缩成白矮星,成为一颗地球大小的宇宙余烬。

对于一颗比太阳大十倍的恒星来说,其死亡更具戏剧性。它的外层在超新星爆炸中被炸入太空,几周之内,它将是宇宙中最亮的星体之一。与此同时,它的核心被重力挤压成中子星,成为一个直径20千米旋转的滚珠。一个方糖大小的中子星碎片在地球上会重达10亿吨;中子星的引力非常大,如果你往它上面扔一颗棉花糖,它撞击而产生的能量相当于一颗原子弹。

但这与一颗质量约为太阳20倍的恒星的垂死挣扎相比,简直是小巫见大巫。在宇宙的整个生命中,每毫秒都会引爆一颗类似广岛原子弹那样的炸弹。但在巨星坍缩的最后时刻,原子弹与其相比,释放出的能量仍然差得很远。恒星的星核向内坍缩。此时温度可达1000亿度。重力的压毁力势如破竹。比珠穆朗玛峰还大的铁块几乎立即被压缩成沙粒。原子被粉碎成电子、质子、中子。这些微小的粒子又被捣碎成夸克,轻子和胶子等等。越来越小,越来越小,越来越密,直到……

直到没有人知道。每当试图解释这样一个重大现象时,统领宇宙运行的两大理论——广义相对论和量子力学——都限于混乱,就像飞机在打着尾旋坠落时疯狂旋转的刻度盘一样。

这颗恒星已经变成了一个黑洞。

是什么使得黑洞成为宇宙中最黑暗的裂隙?是摆脱其万有引力所需要的速度。想要逃出地球的掌心,你必须加速到每秒7英里。这是相当迅速的,比子弹还要快6倍。但自1959年以来,人类制造的火箭已经达到了逃逸速度。宇宙的速度极限是每秒186,282英里,即光速。但即便如此都不足以抵挡黑洞的引力。因此,黑洞里的任何东西,即使是一束光,都无法逃出。而且由于极端重力的一些非常奇怪的影响,黑洞是无法窥探的。黑洞是一个与宇宙其他部分隔绝的地方。黑洞内外的分界线被称为事件视界。任何越过事件视界的东西——一颗恒星、一颗行星、一个人——都会永远消失。

万有引力

爱因斯坦在一个世纪前就表明,恒星、行星和所有其他物质的质量都会产生一种引力,使空间像橡胶板一样弯曲。物体的质量越大,这种效应就越强。黑洞的巨大质量产生了一个引力“槽”,甚至光都无法从这种引力“槽”中逃逸。

假设地球这么大的星体坍缩成黑洞,那么它的质量也将和现在的地球一样。

阿尔伯特·爱因斯坦,物理学史上最具想象力的思想家之一,他从来都不相信黑洞是真实的。他的公式允许它们存在,但他觉得大自然不允许这样的物体存在。对他来说最反常的是,引力可以压倒电磁、原子能这些一般来说应该更为强大的力量,并从根本上使得一颗巨大恒星的核心从宇宙中消失,这是一场宇宙规模的大卫·科波菲尔(David Copperfield)的魔术表演。

爱因斯坦并不是孤独的。在20世纪上半叶,大多数物理学家摒弃了物体密度可以大到使光消失的观点。相信这种观点,比相信童话里的牙仙子还要可笑,这种行为简直等于自毁前程。

尽管如此,早在18世纪,科学家们就对这种可能性表示怀疑。英国哲学家约翰·米歇尔在1783年提交给伦敦的英国皇家学会的一份报告中提到了这一观点。法国数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯在1796年出版的一本书中预言了黑洞的存在。没有人把这些超高密度的令人好奇的天体称为黑洞,它们被称为冰冻恒星、黑暗恒星、坍缩恒星,或者史瓦西奇点,这是在德国天文学家(卡尔·史瓦西)解决了许多关于黑洞的理论方程之后才命名的。1967年,美国物理学家约翰·惠勒在纽约哥伦比亚大学的一次演讲中首次使用了“黑洞”这个名字。

大约在同一时期,人们对黑洞的见解发生了根本性的转变,这主要是由于发明了观测太空的新方法。自人类诞生以来,我们的观测就被限制在可见光范围之内。但是在20世纪60年代,x光和无线电波望远镜开始被广泛使用。这使得天文学家能够收集穿透星际尘埃的波长的光,让我们看到星系内部的构架,就像医院里的x光一样。

令人惊奇的是,科学家们发现,在大多数星系的中心——宇宙中有超过1000亿个星系——是一个充满恒星、气体和尘埃的凸起。在这个混沌凸起的正中心,几乎在所有被观测的星系中,包括我们的银河系,都有一个非常重、非常紧密的物体,它具有非常惊人的引力,无论你如何观测它,都只有一个可能的解释:那是一个黑洞。

这些黑洞十分巨大。位于银河系中心的那一个,其质量是太阳的430万倍。邻近的仙女座星系藏着一个质量相当于1亿个太阳的黑洞。其余的星系被认为拥有10亿倍太阳质量的黑洞,有些甚至拥有100亿倍太阳质量那么大的庞然大物。这些黑洞一开始并没有这么大。它们和我们一样,每顿饭都增加了体重。研究黑洞的专家还认为,许多小型黑洞流浪在银河系的边缘,就像后院的鹿一样常见。

在一代物理学家的研究期间,黑洞从近乎玩笑——数学修正的归谬法——变成了被广泛接受的事实。事实证明,黑洞非常普遍,宇宙中可能有数万亿个。

从没有人见过黑洞,也没有人会看到。没什么可看的,就像物理学家喜欢说的那样,这只是太空中的一个空白点——什么都没有。一个黑洞的存在是由它对周围环境的影响推断出来的。这就像从窗户向外望去,能看到每棵树的树梢都向一个方向弯曲。你几乎可以肯定地说,有一股强劲但无形的风在吹。

不仅仅是存在而已,黑洞可能有助于确定宇宙的结构。向黑洞疾驰而去的物质会产生大量的摩擦热。从火柱上滑下,你的手会发热,向黑洞滑动的物体也是如此。黑洞也是旋转的——它们基本上是太空中的深漩涡——摩擦和旋转的结合导致大量的物质落入黑洞,有时超过90%,这些物质不是穿过了事件视界,而是被抛出,就像磨砂轮喷出的火花那样。

这些被加热的物质被引流到喷射流中然后被抛向宇宙,它们以惊人的速度冲出黑洞,通常只比光速低一点点。喷流可以延伸数百万光年,直接穿过星系。换句话说,黑洞会搅动星系中心的老恒星,并将这个过程中产生的炽热气体输送到星系的外部。这些气体冷却、聚合,最后形成新的恒星,使银河系焕然一新,就像青春之泉。

澄清一些关于黑洞的事情非常重要。首先,科幻小说中有个流传甚广的观点——黑洞正试图吞噬一切。黑洞的吸力(不是引力)并不比普通恒星强;就其大小而言,黑洞只是拥有非凡的抓握力。如果我们的太阳突然变成一个黑洞——当然这不可能发生,不过我们就假装一下——它会保持同样的质量,但它的直径会从86.5万英里缩至不足4英里。地球将会变得黑暗又寒冷,但我们围绕太阳的轨道不会改变。这个黑洞太阳将会对我们的星球施加与正常大小的太阳同样的引力。同样地,如果地球变成一个黑洞,它的重量将保持在目前的6千的七乘方吨以上(即6后面加21个零),但体积会缩小到比眼球还小。但月亮是不会变的。

所以黑洞吸力并不强。多简单!下一个话题,时间,更多的是一种思维弯曲。时间和黑洞有着非常奇特的关系。实际上,时间本身——暂时忘记黑洞——是一个不寻常的概念。你应该能知道“时间是相对的”这句话。这意味着时间对于每个人的移动速率都不一样。正如爱因斯坦所发现的,时间受引力的影响。如果你在一座摩天大楼的每一层都放置一个非常精准的时钟,它们就会以不同的速度滴答作响。较低楼层的时钟——离地心更近,地心引力更强——会比顶层的时钟走得慢一点。你永远不会注意到这一点,因为差别非常非常小,两者之间差别只有十亿分之一秒。全球定位卫星上的时钟必须设置得比地球表面的时钟慢一点。如果不这样做的话,GPS就不精确了。

黑洞具有难以置信的引力,基本上就是时间机器。坐上火箭,前往Sgr A *。很轻松就能靠近事件视界,但不要越过它。你在那里度过一分钟,地球上就过了一千年。虽然难以置信,但事实就是这样。引力胜过了时间。

如果你真的越过了事件视界,那会如何呢?在外面看着你的人是不会看到你掉进去的。你会在黑洞的边缘停滞住。停滞了无限长的时间。

虽然技术上不是无限的。没有什么是永恒的,即使是黑洞。英国物理学家斯蒂芬·霍金证明了黑洞的泄漏——这种泄露被称为霍金辐射——黑洞在足够长的时间内会完全蒸发。但我们谈论的是上万亿、上万亿、再好多个上万亿年,长到在遥远的将来,黑洞可能是我们宇宙中仅存的物体。

尽管外部观察者永远不会看到你滑入黑洞,但你会发生什么呢?Sgr A*相当巨大,以至于它的事件视界距离其中心大约800万英里。在物理学界会有一些关于你跨越的时刻的争论。有可能存在所谓的防火墙(量子力学表明黑洞事件视界上会有量子缠结,就在黑洞里面和外面的微粒之间。但如果这种缠结消失,带能量的微粒便会织成一道壁垒。能量幕帘,或者说"防火墙"会在黑洞视界周围下降。),当你到达事件视界时,你可能会迅速燃烧起来。

然而,广义相对论预言,当你穿过事件视界时,什么都不会发生。你只是穿越它,不会意识到你现在正迷失在宇宙的其他部分。你状态相当好。你手腕上的手表和往常一样嘀嘀嗒嗒。人们常说黑洞是无限深的,但事实并非如此。黑洞有底部。但你不会活着看到它。当你下落的时候,引力会变得更强。如果你脚先着地,对你的脚的拉力,将会比对你头部的拉力大很多,你会被拉长,直到你被撕裂。物理学家称之为“意大利面化”。

但你的一部分最终会到达黑洞底部。黑洞的中心是一个被称为奇点的谜题。理解奇点将会是历史上最伟大的科学突破之一。首先你需要发明一个新的理论——一个超越决定了恒星和星系的运动的爱因斯坦广义相对论的理论。你还必须超越预测微观粒子运动的量子力学。这两种理论都是对现实的精确近似,但在极端的地方,如黑洞内部,这两种理论都不再适用了。

奇点被认为是极其微小的。把一个奇点放大10的24次方倍,即使是世界上最强大的显微镜也无法看到它。但至少在数学意义上,这些东西确实存在。有些东西不仅微小,而且难以想象的重。不要有任何怀疑。绝大多数物理学家表示,是的,黑洞确实存在,但它们是终极的诺克斯堡(。奇点是难以理解的。我们永远不会知道奇点里面有什么。

但一些非正统的思想家并不同意。近年来,理论物理学家们越来越接受这样一个观点,即我们的宇宙并不是全部。我们生活在所谓的多元宇宙中——一个巨大的宇宙集合,每个宇宙在现实的瑞士干酪中都是独立的气泡。这都是相当推测性的,但有可能想要生成一个新的宇宙,你首先需要从一个现有的宇宙中取出一堆物质,将其压缩然后密封。

听起来是不是很熟悉?毕竟,我们的确知道,至少是有一个奇点的。我们的宇宙始于138亿年前的一次大爆炸。在那之前,所有的东西都被压缩成一个极小极密的点——一个奇点。也许多元宇宙就像一棵橡树。在某个时刻,一颗橡子掉下来,落入理想的土壤里,突然发芽了。奇点也是如此,一个新宇宙的种子。就像一棵橡树苗,我们永远不会给母亲寄一封感谢信。对于信息来说想要逃出我们的宇宙,它移动得必须比光速还要快。听起来是不是还是很熟悉?

黑洞中可能存在什么物质?其证据是令人信服的。看看你的左边,再看看你的右边,掐一下自己。黑洞可能起源于另一个宇宙。但我们可能生活于其中。

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翻译:天文志愿文章组-Berry

审核:天文志愿文章组-历下

排版:零度星系

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:http://ngm.nationalgeographic.com/2014/03/black-holes/finkel-text ;

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