浩瀚宇宙中的黑洞到底是什么样子的?怎么形成的?
黑洞是宇宙中存在的一种特殊天体,是大质量恒星灭亡后的尸骸。
这种尸骸是天体食物链中的顶级吃货,通吃一切天体。
在黑洞极端引力范围,任何靠近它的天体都会被它拉扯撕碎,吃进它肚子里,落入那无底的深渊。
说黑洞无底,是因为所有的物质都掉落到一个没有体积的奇点中不见了,去了另外一个世界。
科学家们对这个奇点的描述是:体积无限小、曲率无限大、温度无限高、密度无限大。
什么是无限小?一个电子、一个中微子、一个光子也不是无限小。
量子力学认为,人类认识最小的极限是普朗克尺度,这个尺度为1.6x10^-35米,也就是1千亿亿亿亿分之一米。
电子尺度为10^-16m,普朗克尺度比电子小1千亿亿倍。
奇点当然比这个还要小,否则就不叫奇点了,也不是无限小了。
人类目前还没有发现普朗克尺度的物质,就更别说能够认识奇点了。
所以现代所有理论在奇点处失效。
因此奇点不是我们世界可以认识的,也不是我们世界的东西,而是超时空另外一个世界的东西。
现代量子力学认为进入黑洞视界内的各种物质都塌缩到了奇点,就是到了其他时空去了,所以黑洞是吃不饱的,因为它把物质都搬到我们无法认知的地方去了。
那么黑洞是什么形状的呢?
前面说了,黑洞实体是一个奇点,对于我们来说就是乌有。
但黑洞无毛理论认为,黑洞哪怕没有了物质的一切性状,但还有三个物理量留在我们的世界,这就是质量、角动量、电荷。
因此,这就是我们世界能够观测到黑洞的线索。
黑洞奇点无限曲率会在自己周围形成一个引力场,在这个引力场里一切物质都将被吞噬,连光线也不例外。
这个引力场呈现球形,与黑洞质量成正比。
这就是我们常说的黑洞史瓦西半径,计算史瓦西半径的公式为:
R=2GM/C
式中,R为史瓦西半径(m),G为引力常量(6.67x10^-11N·m/kg),M为天体质量,C为光速。
宇宙最小的黑洞有太阳质量3倍多,史瓦西半径约为9000米;已知宇宙中最大黑洞有太阳质量的660亿倍,史瓦西半径约1980亿公里。
这个公式表明,当与质量成正比的一个临界点,光速都不能逃脱时,这就是一个黑洞。
因此,黑洞就是一个无法看到的黑咕隆咚的球。
这个球有角动量,其角动量是继承了原天体的角动量,根据角动量守恒定律,物体在一定角速度下,半径变得越小,旋转得就会越快。
就像花样滑冰运动员,当其甩开退旋转时是很慢的,但当她将身体收缩成最小半径时,就快速旋转起来。
因此黑洞的旋转速度是极快的,有的接近光速。
在黑洞附近的天体及星际物质,被黑洞强大引力所吸引,会在史瓦西半径周围形成吸积盘,高速的运行使吸积盘的物质激烈碰撞,迸发出高温高亮的可见光和强大的能量射线流,这样人们就能够观测到这个黑洞。
在史瓦西半径的边缘表面,会有一层吸积盘物质包裹,使人们可以看出黑洞的形状,这个像一层包膜样的可见部分,就叫黑洞事件视界,以这层膜为界,就是黑洞可以观测到和不能观测到的分界线。
旋转的角动量会把吸积盘甩成像一个草帽边,巨大而发亮。从这个角度看,黑洞就像两个合在一起极速旋转的草帽,或者一对合起来的民间乐器铜钹。