科普 黑洞是怎么形成的?原来黑洞如此有趣

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新科技17
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黑洞是质量极大的恒星衰老后形成的,下面我们就来揭开黑洞的神秘面纱。

什么是黑洞?

黑洞是时空中连光都逃逸不出的区域。黑洞的质量是难以想象的大,使得引力场强,导致任何物质和辐射一旦进入该区域,便永远不能出来,连速度最快的光也休想从它那里逃脱,所以人们看不见它,由于类似热力学上完全不反射光线的黑体,美国物理学家惠勒给它取了一个有趣的名字“黑洞“。


黑洞的形成过程?

当一颗恒星衰老时,它的热核反应会耗尽中心的燃料(氢),由中心产生的能量不是很多。这样,它就没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。因此在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。从而形成密度更大的天体,其产生的高温高压可以将电子全部压入原子核内。

当一颗形体质量M 3.2M 太阳时,将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。根据科学家的猜想物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系———“黑洞”诞生了。

科学家们普遍认为,天文观察中的超新星大爆发是产生黑洞的重要途径之一。超新星在古代中国被称为客星,这种星是一种在星空中突然出现,经过一段时间又突然消失的,且用肉眼可以观察到的新星。由于它来去无踪,故称客星,像是远方来客,住一段时间,又回远方去了。

黑洞有很强的引力,不断吞噬大量的星际物质;一些物质在它周围急速运行,轨迹会发生变化,形成圆形的物质环;在它的周围有很大的能量辐射,不断发出极强的x射线和γ射线;另外黑洞极大的引力使光线在它附近也会发生强烈的弯曲;它的内部连一丝光线也透不出来。

有趣的黑洞信息悖论

霍金在1976年的一篇论文中关于黑洞有这样的阐述:由于纯粹的热辐射几乎不带出任何信息,所以如果黑洞真的辐射到最后,全部转化为热,则形成黑洞的那些物质带进去的信息将从宇宙中消失。换句话说就是黑洞辐射并不含有任何黑洞内部的信息,在黑洞损失殆尽之后,所有信息都会丢失。这不仅会破坏轻子数守恒,重子数守恒等物理定律,而且信息不守恒将使正在创建的量子引力理论不满足幺正性,不满足概率守恒,这就是“黑洞信息悖论”。

研究黑洞的意义

目前现代物理学有两大支柱理论,一个是广义相对论,它主要描述的是宏观的物体,时空和物质之间的相互作用;另一个是量子理论,它描述的是微观世界的运动规律。在平时的物理学研究里,这两种理论互不干涉。但我们想要让物理学继续发展,就必须把这两个理论结合在一起,最终得到一个大统一理论。而黑洞这种天体,恰好同时具有宏观物体的形态和微观量子理论的一些特性,可以说,两种理论在这种天体上交汇了。因而研究黑洞能够促进两种理论的发展。

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