抬头看星星空看星星。都是银河系中离我们比较近的恒星,也是宇宙中最基本的一类天体。太阳也是一颗普通的恒星,加上它周围的行星、矮行星、小行星和彗星,以及行星周围的卫星。这些天体是看得见的,摸得着的,真实的。但是宇宙中有一些天体,很神秘,比如黑洞。很长一段时间,内科医生认为黑洞并不存在,只是数学公式的产物。
什么是黑洞?
黑洞的本质是只能进不能出。无论是能量还是信息,黑洞始终充当着吞食者的角色,任何进入黑洞的物质都没有机会再出来。黑洞的存在是爱因斯坦广义相对论的一个预言,已经被证明是真实的。黑洞虽然看不见摸不着,但它的存在所产生的引力效应是存在的。比如黑洞的引力透镜效应,当黑洞吞噬其他天体时,会喷射出巨大的辐射流。围绕黑洞旋转的天体是不可能以空运动的。虽然看不到天体的中心,但科学家知道它在那里。
从牛顿的万有引力出发,我们可以理解黑洞这类天体的存在。现在人类发射飞船让其飞出地球,必须超过第二宇宙速度(11.2km/s),才能逃脱地球的引力作用。如果速度太小,它们根本飞不出地球。
那么黑洞就是逃逸速度快于光速的天体。因此,从黑洞看不到光。朋友们可能看到了这里的问题。黑洞是天体,里面有大量的物质,也就是奇点,密度无限大。它的引力使得所有的物质都不可能从它的手掌中逃脱。毕竟一个静止质量的物体是达不到光速的,就像爱因斯坦说的那样。
光具有波粒二象性。从粒子的角度来看,光是由许多能量组成的,也就是光子。这些光子没有静止质量,那么它们是如何被黑洞束缚的呢?其实这可以从爱因斯坦的广义相对论中得到解释,在广义相对论中,引力是时间空弯曲的外在表现。质量会让时间空弯曲。虽然光是直线运动的,但是当它弯曲的时候空光也会弯曲并扩散。
要知道黑洞是爱因斯坦广义相对论场方程的一个特解,也可以算是爱因斯坦的预言之一。这些预言,包括引力波,早就被证实是存在的,宇宙中存在黑洞和引力波。
黑洞的类型
最常规的黑洞被认为是由大质量恒星演化到生命后期形成的。超新星爆发后,大质量恒星会抛掉多余的物质,剩下的会聚集在中心收缩,最终米粒变成黑洞。这样的黑洞也可以称之为恒星级。随着恒星内部的核聚变,最终演化成白矮星、中子星和黑洞,都是致密星。
科学家认为宇宙中的黑洞主要就是这样形成的。此外,科学家已经预测了初级黑洞的存在,它很可能是在大爆炸之后形成的。由于高速和强烈的挤压,一些物质聚集形成小黑洞。这些黑洞质量相对较小,但目前并未证实它们的存在。
第三种更重,它们大多存在于星系中心,被认为是整个星系的凝聚力。比如银河系中心有一个超大质量黑洞,质量是太阳的几百万倍。目前科学家对超大质量黑洞的形成机制还没有确定的结论,但普遍认为与黑洞的吞噬能力有关。毕竟黑洞可以通过吞噬其他天体来不断扩大自身的质量和规模。
为什么天体没有被吞噬?
科学家记录了黑洞吞噬天体的过程,尤其是黑洞吞噬其伴星的过程。要知道双星和三星系统在宇宙中很常见空,像太阳这样的孤星很少见。如果双星系统中的一颗恒星演化成黑洞,另一颗恒星就会随着时间的推移一点一点被黑洞吞噬,最终两个天体合二为一。
但是,我们要明白,黑洞虽然有特殊性质,但本质是恒星。它吞噬宇宙中其他天体首先需要的是距离。如果黑洞相距很远,就无法吞噬遥远的天体。
至少从目前的趋势来看,宇宙中的黑洞会越来越多。虽然可能会有霍金辐射,让黑洞有很长的寿命,但这是一件很漫长的事情。有一种宇宙学观点认为,宇宙在发展的末期可能都是黑洞,这些黑洞最终会因为霍金辐射的蒸发而进入大热沉寂状态,万物都将死亡。
在最后说
黑洞的存在是不争的事实,有充分的理论依据。同时,黑洞的存在已经在宇宙中用旁证的方法得到了验证。黑洞虽然强大,可以吞噬一切,但前提是必须离它足够近。只是特别知道黑洞也是天体!
文/科学黑洞,图片来源网络侵删。