黑洞的存在不是虛無的猜測,而是經過100年證明存在的特殊天體

時空通訊 發佈 2020-04-12T09:15:16+00:00

有圖有真相如下:黑洞是一個科學事物,不是憑空想像胡亂推測的。愛因斯坦是黑洞存在的最早理論預言者,這個理論就是引力場方程。

這是基於一位網友提出的問題給以的回答。有圖有真相如下:

黑洞是一個科學事物,不是憑空想像胡亂推測的。

相反倒是這位題主大神在那裡憑空想像,完全憑著吃喝拉撒的生活邏輯來異想天開。

現在科學家們對黑洞的探測和描述都是有嚴密的理論依據的,這些理論經歷了100多年的豐富、發展和檢驗。

愛因斯坦是黑洞存在的最早理論預言者,這個理論就是引力場方程。

愛因斯坦的引力場方程很複雜,這裡就不展開來說,大家可以看下面圖片了解。

1916年,愛因斯坦廣義相對論發表,場方程是其中的核心數學表達式。

這個方程史無前例的把時間、空間、物質、運動這四個自然界存在的物理量聯繫起來,方程的左邊表達時空彎曲情況,右邊表達物質及其運動。

美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒把這個方程描述為:物質告訴時空怎麼彎曲,時空告訴物質怎麼運動。

愛因斯坦引力場方程發展和修正了萬有引力理論。

場方程揭示了牛頓發現的萬有引力,本質是質量運動引起的時空彎曲,而萬有引力是時空彎曲的表現現象。

任何有質量的物體都會對自己周邊的時空造成扭曲,質量越大扭曲就越厲害,這種扭曲的量度就是時空曲率。

但一個物體質量很大而體積非常小時,時空曲率就會變得很極端。

愛因斯坦的廣義相對論發表不久,德國天文學家、物理學家卡爾·史瓦西就根據愛因斯坦場方程得到了一個真空解。

這個解的內涵就是:如果一個靜態球對稱的天體實際半徑小於自己質量的臨界半徑,其周圍就會產生奇異現象,即存在一個「視界」,任何物質進入了這個介面,都無法逃脫,連光也不例外。

人們把這個臨界半徑稱為史瓦西半徑。

計算史瓦西半徑的公式為:R=2GM/C²

其中R為史瓦西半徑值,G為引力常數(6.67x10^-11N·m²/kg²),M為天體質量,C為光速。

我們可以看到,這個公式裡面有一個光速平方,意指時空曲率大到光都無法逃脫的天體。

1969年,惠勒在一次會議上把這種天體稱為「黑洞」,從此「黑洞」這個名詞風靡全球。

根據史瓦西半徑公式計算,太陽這種質量的天體史瓦西半徑為2952米,地球史瓦西半徑約9毫米。

但根據奧本海默極限理論,小於太陽質量3倍的恆星屍骸只能成為一個中子星 ,宇宙黑洞必須大於太陽質量的3倍。

當然,一些理論認為,宇宙大爆炸初期有許多微型黑洞,但迄今沒有發現這種黑洞存在,也沒有確切的證據。

人們孜孜以求的尋找了黑洞數十年,終於找到了。

自從愛因斯坦廣義相對論問世以來,更明確的說從史瓦西半徑理論提出以來,黑洞就被預言存在,人們一直希望在宇宙中發現它們的存在。

上世紀上半頁,科學家們發現了白矮星和中子星,錢德拉塞卡和奧本海默分別計算出了這兩種天體的質量極限。

白矮星的質量極限為1.44倍太陽質量,超過這個質量就會坍縮成一個中子星,人們把它叫做「錢德拉塞卡極限」;而中子星不得超過太陽質量的3.2倍,超過這個極限就會坍縮成一個黑洞,人們把它叫做奧本海默極限。

上世紀六十年代,人們發現了一個運行軌跡較為奇怪的天體天鵝座X-1,這是一顆相當太陽質量20~40倍的藍巨星,它圍繞著一個看不見的「伴星」旋轉,那裡有強烈的X射線輻射,而這個看不見的伴星質量遠遠超過了奧本海默極限。

人們懷疑這是不是就是傳說中的黑洞?

但由於沒有更多證據,人們無法肯定這就是一顆黑洞。一直到了上世紀七十年代,有了越來越多X射線證據,只有一顆能夠將天體氣體加熱到幾百萬度的伴星,才能夠發出這種X射線,由此天文學家們認為這是一顆黑洞。

後來通過發射的衛星和大型望遠鏡發現了這顆伴星稀薄的吸積盤,測量了吸積盤的內徑,從而計算出這顆伴星質量約太陽10倍。

天鵝座X-1被認為是人類發現的第一個黑洞。

以後發現的黑洞越來越多,每個星系中心幾乎都有一個大質量黑洞。

如我們銀河系中心人馬座A*黑洞,質量是太陽的400萬倍;仙女座中心黑洞質量約太陽的1億倍。

第一張黑洞照片,是用相當地球直徑的射電望遠鏡陣列拍攝的。

2019年4月10日,人類終於拍攝到了第一張黑洞照片,這張動用了全球數百位科學家,幾十個研究機構,通過一個口徑相當於地球直徑的射電望遠鏡陣列拍攝得到的照片,數據就有7PB。

這是什麼概念,1PB=1024TB,1TB=1024GB,也就是說這張照片需要處理數據量達到700萬GB,存儲這些數據的硬碟就有幾千個。

可以說,這是人類迄今為止信息量最大的一張照片。沖洗這張照片花了兩年時間,實際上就是解析處理這龐大的數據。

這張照片反映的是距離我們5500萬光年的M87星系中心黑洞,其質量是太陽的65億倍。

現在人類發現的最大黑洞是TON618類星體中心黑洞,質量為太陽的660億倍。

人類是怎樣觀測到黑洞的?

黑洞本來是看不見的,由於其具有視界,就是史瓦西半徑的球面介面上,被吸積的物質會發出可見光和迸發出強大的射線能量。

而且其質量、角動量、電荷等物理量,會對周邊空間造成引力攝動等影響,會形成吸積盤,攪動出巨大的高能射線,所以會被人類觀測到。根據這些觀測數據,就能夠計算出它的質量等基本情況。

有關黑洞理論經過愛因斯坦、史瓦西、錢德拉塞卡、奧本海默、惠勒、霍金等一大批科學家的研究論證,已經越來越豐富和成熟,得到科學界的共識。因此,黑洞的物理特性怎麼只是推測呢?什麼沒有質量,是個通道等說法都是毫無根據的瞎扯。

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