深入浅出,从这三个问题去认识神秘的黑洞

深入浅出,从这三个问题去认识神秘的黑洞

问: 光被吸入黑洞。正如所说,光速是最快的速度。我们不明白的是,如果除了光本身以外,没有东西以光速运动,黑洞又怎么能把光拉进自身呢?黑洞是否有某种超越我们理解的力量?

答: 地球把物体拉向它,这就是使它们坠落的原因。物体落向地球的原因是有引力。但地球也会吸引光,因为引力不仅作用于以大质量物体(即e=mc^2)形式存在的能量,而且作用于广义的能量。在这方面,黑洞并没有什么不同。它吸收大量物体形式的能量,以及光等纯形式的能量。主要的区别是,虽然地球只会吸引一点光,所以我们看不到它,但黑洞的引力要大得多,所以更多的光会被吸引。所以你看到黑洞产生的力和地球产生的力相同,只是要大得多。如果该回答对你有帮助的话请告知我。

问: 我们一直在学习黑洞。我明白黑洞会把它们周围的一切都拉进去,但我们不知道拉进去之后会发生什么。黑洞中的所有物质都有可能形成太阳系或行星吗?黑洞会把一切都拉进去,黑洞吸入电子、质子和中子那么它不会有电荷吗?如果是这样,那么黑洞的引力会有什么不同呢?

答: 这是一个非常有趣的普通问题,“黑洞内部会发生什么?”基普·索恩,我们这个时代最伟大的物理学家之一,在他那本神奇的书《黑洞和时间扭曲》的第13章中详细论述了这个问题。正如他解释的那样,很明显,在你撞到中心的奇点之前,你甚至没有感觉已经掉进了黑洞。然而,对于有太阳质量的黑洞来说,穿越地平线直到你到达中心所需的时间仅仅是几微秒,所以你没有太多时间来欣赏这奇异的景色。上述的时间与黑洞的大小成正比,因此对于一个100亿倍于太阳质量的巨型类星体,在被奇点击碎之前,实际上会有20小时的自由落体时间。

现在,要形成一个行星或太阳系,我们需要更多的时间在地平线和奇点之间。这意味着一个更大的黑洞。我们自己的太阳系在大约10亿年的时间内形成,即30亿亿亿秒。要想自由下落这么长时间,黑洞的大小需要是太阳的450000000000000倍,或者大约是已知宇宙的大小!!谁知道呢,也许我们现在真的在一个巨大的黑洞里,被无情地吸向中心并最终毁灭。

关于第二个问题,是的,如果黑洞吞噬了太多的质子,而没有足够的电子(反之亦然),那么它们就有电荷。但在实践中,这是非常不寻常的,因为这些电荷在宇宙中趋于平衡。然后,即使黑洞以某种方式吸收了电荷,它很快也会被周围空间产生的强电场中和,并吸收附近的电荷来进行补偿(中和)。这些带电的黑洞被称为“Reissner-Nordstrom黑洞”或“Kerr-Newman黑洞”,如果它们也恰好在旋转。

问: 在过去的几章里,我们一直在学习黑洞。我很好奇黑洞在消耗物质时是否会变得更大;我还想知道,如果黑洞要消耗大量的电子或质子,它是否能带正电荷或负电荷。还有最后一个问题,黑洞所消耗的物质是否会产生一种能量,因为我认为存在能量守恒定律,或者黑洞是否会消耗所有东西,甚至是正在产生的能量?

答:黑洞似乎俘获了每个人的想象力——事实上,这是我想成为一名天文学家的原因之一。

首先,我将回答你关于黑洞“大小”的问题。你的书可能已经讨论过这个问题了,但是天文学家经常提到的黑洞有两个部分——奇点和视界线。视界线是黑洞的“不返回点”——视界线内的任何东西都会留在黑洞内。在黑洞中心的视界线中,有一个奇点——一个体积接近于零,所有的质量都被混合在一起。

通常我们谈论黑洞的“大小”时,实际上指的是视界线。天文学家用来讨论视界线大小的量是史瓦兹柴尔德半径(r_s),其计算公式如下:

R_s=2×M×G/C^ 2

其中m是黑洞的质量,G是引力常数,c是光速。

当黑洞吸收物质时,质量就会增加。当质量增加时,史瓦西半径也会增加。因此,黑洞在吸收物质会变得更大。

你的第二个问题是关于“带电黑洞”。你说得对,一个黑洞可以吸收带电粒子,实际上,它会带电。不过,带电黑洞的问题在于,它不太可能保持带电很长时间。一个带有任何性质电荷的黑洞会吸引带相反电荷的粒子,并很快失去它的电性。

最后,你问掉入黑洞的物质的能量。当物质落入黑洞时,它会被加热到很高的温度,大约10%的能量会被辐射出去。(我说的能量是由爱因斯坦著名的方程E=mc^2给出的,它给出了与给定质量有关的能量,m)。其余的物质只是被黑洞吸收,正如我上面提到的,增加了黑洞的质量。有时,物质没有机会辐射掉任何能量,基本上所有的质量都直接进入了黑洞。

如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

翻译:天文志愿文章组-神无月

审核:天文志愿文章组-诡才

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:

本文由天文志愿文章组-神无月翻译自-——芭芭拉·马特森——杰里米·施尼特曼——大卫·伽罗法罗

的作品,如有相关内容侵权,请于三十日以内联系运营者删除。

特别声明:以上文章内容仅代表作者本人观点,不代表新浪网观点或立场。如有关于作品内容、版权或其它问题请于作品发表后的30日内与新浪网联系。

相关推荐