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想了解黑洞是如何形成的,首先需要知道宇宙是如何形成的!

黑洞的死亡舞蹈

黑洞是宇宙中最奇怪、最神秘的物体。它们像宇宙中的吸尘器,吞没靠近它们的任何东西,甚至是体积是太阳1亿倍的星体,黑洞都能吞没。它们没有明确的目的,只是在时空中穿梭。宇宙中人类所认知的星体有2000亿,天文学家相信在宇宙中有无数个黑洞,通过对它们的研究将揭开宇宙形成的奥秘。

黑洞如何形成?

继牛顿之后,一位名叫约翰·米歇尔的英国科学家预测,有一种物体有很强的引力场,以至于连光线都不能够逃逸。

对于这一理论,法国数学家及科学家拉普拉斯做了明确的解释,而最有说服力的是奥本海默和他的同事提出的理论。奥本海默和施奈德合写了一篇关于星体及星云裂变的文章。

那时人们不叫它黑洞,这个名字是后来才有的。这些观察都证明,黑洞是真实存在的。

为了了解黑洞是如何形成的,首先需要知道宇宙是如何形成的。宇宙大约在200亿年~150亿年前形成。它始于无限密集且温度非常高的一个点,科学家称其为奇点,

我们所知的自然法则对它完全不适用。它积累了大量的物质,到达一个极点后爆发,科学家称这种现象为大爆炸。

大爆炸之后,小的气体云再次集中起来,并在引力的影响下组合。因此,就形成像太阳一样的星体。太阳的历史大约50亿年,它不会永远存在,再过50亿年太阳将会消亡。太阳可以将光和热量送到3.8亿千米之外,这些能量来自核裂变反应,在温度高达1500℃时,氢转化成氦。当太阳到了生命尽头时,它将不能承受内部裂变反应的压力,热气使太阳膨胀并使它爆裂,然后,地球上的所有生命和其他行星将会湮灭。在此过程中,太阳将会变异成一个红色的巨星。

当太阳的燃料最终用完后,它可能在自身重心的影响下分裂。许多像太阳一样的星体压缩成我们所知的中子星。黑洞源自于中子星,其数量比太阳一样的恒星多很多倍。

怎样发现黑洞?

渴望靠近星体是人类古老的梦。16世纪天文望远镜的出现,帮助我们解开了天体之谜。今天的射电望远镜使我们能更准确地观察宇宙。1990年,哈勃太空望远镜的发射升空,使我们能够更深入地观测宇宙。哈勃太空望远镜是以埃德温·哈勃的名字命名的,他早在1929年就注意到宇宙是持续扩张的。

天文学家用超级照相机拍摄了6000亿个小斑点,通过电脑阅读、分析,这就是他们如何在银河系中心发现黑洞的过程。如何拍摄一些事实上看不见的东西呢?天文学家从中心点按某种特定的、不同的间隔来观察星体,测量它们的确切速度,结果发现和太阳系相似之处在于银河系中越接近中心,星星移动得就越快。就像太阳系一样,在中心处有一个堆,它能控制一切。它不是一个太阳堆,而是250万个太阳堆同在一个非常小的体积里,中间的白色圆点是星星在黑洞周围旋转,这是一种死亡舞蹈,它们不可抗拒地旋入黑洞的中心并被吞没。

如果一个星体比太阳大很多,那么这样一颗星体会在相对短的时间也就是几百万年内爆炸;如果一颗星体比太阳大几百倍,那么它所剩的只有灰烬。如果这些灰烬有足够的重量,那就会崩裂形成一个小黑洞。在银河系中,黑洞之所以出现在中心位置,可能是由于在其巨大引力下将星体拉到中心,形成了非常稠密的星体堆。在某时星体大量滑移,彼此融化,形成一个中等尺寸的黑洞。它们通过不断吸入其他物质、星星和气体,随着时间的推移,黑洞会越变越大。卫星投入使用后,天文学家及宇宙学家开始揭示黑洞的理论原理,我们也因此了解到更多关于宇宙及黑洞的知识。

黑洞内部有什么?

黑洞内部有什么秘密在等待我们去探索呢?所有的物质,无论是灰尘还是行星,都趋向于黑暗,被重心巨大的力量所牵引,潜伏在内部的某个地方,这就是时间与空间分离的地方。

物理学家曾相信只有三维空间,

即长度的维数、高度的维数及宽度的维数。这三个数字让我们把一切事物放置在从你的鼻尖到宇宙的尽头。爱因斯坦引入第四维——时间,就是说宇宙由四维组成。为了理解宇宙的性质,我们不得不特别关注时间的维数。通常我们经历时间和空间是非常困难的事情。我们已经在太空中认知了三维。通常我们看表时只是感知时间,但不能影响时间。时间的运动总是在同一个方向上进行——从过去到将来。我们既不能让时间逆转,也不能让其停止,更不能让其提前。自然科学家把空间和时间用数字的方式描述成一个单元,时空、时间是第四维的。1905年,爱因斯坦创造广义相对论,

用来统一时间和空间,用以证明一个运行的时钟比一个静止的时钟走得慢。也就是说,一个移动很快的物体,时间过得比在地球上慢。在飞机上,时间的延伸只是亿万分之一秒,然而,这个时钟仍然非常精确,足以证明爱因斯坦的理论。

根据爱因斯坦的理论,按轨道环绕地球的飞行员,大约每小时行驶73 000千米,时间过得却非常慢。因此在广义相对论里没有绝对的时间,爱因斯坦把时间和空间作为动力来理解。因此,时空不是平直的而是卷曲的。为了理解这一理论,我们想象一个空间作为一个有弹性的橡胶布,大量的星体创造了一个槽,就像蹦床上的保龄球一样。所有的物质都沿最小阻力的曲线轨道而运行,因此物质决定了时空的曲率。同时,时空决定了物质的运行行为。在太阳周围的区域,重心使时空卷曲。太阳背后的星光沿这个曲率运行并被弯曲。因此,星体的位置对于地球上的观察者来说有些歪斜。巨大的物质能使时空卷曲,它的功能就像曲光镜。

黑洞的奇点符合大爆炸的奇点。宇宙的密度及时空的曲率在这里是无限的。

我们不能处理无限的数字,所以奇点是抽象的点,没有人会到达那里。黑洞的中心会发生什么,就像大爆炸之前会发生什么一样,这个问题目前无法回答,但黑洞给我们提供了发挥奇异思考的空间。

宇宙会被吞没吗?

黑洞能吸进整个宇宙吗?原则上可以,但是别忘了我们的宇宙正在飞速地扩张。科学家发现其他河外星系都在移动,而且越移越快。如上所述,在银河系中心有一个大的黑洞,这个黑洞没有足够大的能量来停止扩张,宇宙本身也没有足够大的能量停止扩张。最终宇宙扩张到极限而再回转是可能的。许多天文学家及理论物理学家相信这种现象将会发生。如果是那样,宇宙本身就是一个黑洞,它本身被吸入,然后再回到所有黑洞内部最终的奇点。

如果一个勇敢的宇航员乘坐火箭船,穿过黑洞的地平线,在那里将会发生什么?他会遭遇什么?不幸的是,他将不能告诉我们他所知道的一切。因为这是一个单程旅行,他将会被强大的引力所吸引,并且像意大利面条一样抽出直到被扯碎,他不会生还……

如果一件东西不慎落人黑洞的中心,物理学家相信也许它不会丢失,它很可能通过黑洞落入另一个宇宙,这就是虫洞。我们都知道,两点之间最短的距离是直线。然而,物理学家不这么认为,因为我们能在多维空间将纸弯曲,让两点彼此接触,所以虫洞是捷径,是最短的距离。通过多维空间的捷径,通过第三维,允许我们取最短的距离,也许在一段时间内来回移动第四维,进行一次奇妙的时间旅行。这看起来不可思议,要能实现,可能要依赖黑洞的帮助。根据相对论,物理学家假设一个黑洞有两个末端,两个末端在时空的不同地区开始,直到20世纪80年代,这些隧道被看成是科幻作家的想象。

但是斯蒂芬·霍金相信某一段的时间旅行是可能的,但是必须建立一个时间机器。

太空船进入黑洞的虫洞,而在另一个时间另一个地点出现,太空船捕捉到一个行星,行星的引力就像磁铁,时间随着每一次旋转而慢下来。事实上,对于移动的物体来说,时间流逝较慢,也适用于虫洞的末端。如果遵循物理学家的假设,那么虫洞不必在宇宙空间,然而能与其他宇宙连接。许多科学家相信,我们的宇宙在渐渐地扩张,总有一天它会崩裂。如果这个最后的崩裂也被称为大爆炸,那么我们的宇宙能通过虫洞漫步并且产生新宇宙。这种想法让我们推测,宇宙的形成可追溯到200亿年~150亿年以前,就是多宇宙论。也许我们的宇宙并不孤独,也许我们的宇宙有孩子,也许我们的宇宙本身会发出隆隆的声音。

随着历史的进程,人类已揭示了许多宇宙的秘密。但是对于那些古老的谜团你能找到真正的答案吗?一件事是肯定的:许多问题的答案仍藏在黑洞的深处。

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来自:应愿生图书馆  > 科学技术
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