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黑洞使人们对之想象力爆棚,跟随这五个问题,我们来探究一下

1.就我对黑洞的了解而言,我知道可见光是无法从中逃脱的。这让我想知道x射线是如何从黑洞中发射出来的。

光不能从黑洞中逃脱,这个观点是绝对正确的。这个说法不仅适用于可见光,也适用于x射线或其他任何东西。因此答案是:x射线“不是”从黑洞内部发射出来的。相反,黑洞的引力迫使它周围(以及外面)的气体飞速移动。这种快速的运动引起气体内部的摩擦,摩擦生热,热量产生x射线和其他波长。因此,你看到的x射线来自于黑洞之外,这就是你能看到它们的原因。


2.我一直在思考我们的宇宙以及它是如何运作的,并且已经形成了一个理论。我确信,如果可能的话,这类事情已经被探索过了,但是我想知道你的想法和解释。

我设想我们的星系(一个螺旋星系)有一个黑洞和一个白洞。当黑洞吸进物质时,白洞以同样的速度把物质射出来。我们还没有意识到那个白洞,因为我们无法看到或探测到它。如果这个过程正在发生,我设想这个星系的生命周期是无限的——当一只手臂消失时,另一只手臂正在形成,星系在不断地补充自己。

接下来,我建立了一个理论,如果我们能足够远地进入太空,在那里我们可以看到整个宇宙,我想我们可能会发现,它所包含的所有星系也都形成了臂状,形成了一个螺旋形的宇宙。这个螺旋形的宇宙也有一个黑洞和一个白洞。

这个理论可行吗?这能解释宇宙的加速吗?在这当中,我们所探测到的物质加速时,恰恰正在接近一个黑洞?也许黑洞内部发生的混乱产生了一些新元素,这些新元素是从白洞中吐出来的,为新恒星、行星、卫星等的形成提供了可能。

哇!你的问题涉及到了我们宇宙的很多尺度——从星系到整个宇宙的结构。你能以如此宏大的规模思考问题,真是太酷了。

让我从白洞的一些事情说起。正如你可能知道的,白洞代表了爱因斯坦方程的一个解,且被认为是黑洞的对立面。然而,物理学中非常重要的一点是,一个方程的解的存在并不意味着它的解也存在于物理世界中。白洞似乎就是其中之一——大多数天文学家和物理学家都认为它们不可能存在于真实的宇宙中。

现在来看星系的螺旋结构。目前的理论认为这种螺旋结构是由密度波引起的。密度波是一种物质波,它会聚集起来,然后分散开——你可以用一个螺旋弹簧做出你自己的密度波。拉伸你和另一个人之间的螺旋弹簧——不要把弹簧从一边转到另一边,而是把几个环捏在一起,然后松开。被捏紧的环会沿着螺旋弹簧“旅行”,然后再回来。在这里,螺旋弹簧本身是可以移动的,但有几个环聚在一起,然后分开,使它看起来好像这些环在弹簧上上下移动。

星系中的旋臂似乎在做着同样的事情。星系中的恒星不以和旋臂同样的速度绕轨道运行,这意味着恒星围绕银河系的中心运行,它时而成为一个旋臂的一部分,然后离开了旋臂一段时间后去加入另一个旋臂。

你问题的最后一部分是关于宇宙螺旋结构的可能性。天文学家们绘制了一幅天空的地图,其中有一部分距离我们约10亿光年,他们发现,这些星系都是由大星团、细丝和空洞组成的。你可以在以下看到地图:

谢谢你问了这么一个意义深远的问题,我希望你继续思考宇宙。

3.黑洞对我来说很有趣。我有几个关于他们的问题。如果两个具有相同引力的黑洞相互靠近,会发生什么?一个黑洞会落入另一个黑洞,还是它们会结合在一起形成一个两倍重力的巨大黑洞?还有里面的光到底怎么了?东西去哪了?它们还会回来吗?一个黑洞的引力能否被逆转,让它把所有的东西都吐回宇宙?

黑洞似乎抓住了每个人的想象力——这是我最初进入天文学的原因之一。

关于黑洞要记住的一件事是,离黑洞“很远”的地方,它的行为和其他任何质量相同的东西一样——只有当你靠近的时候,事情才会变得奇怪。所以,两个黑洞有可能相互环绕,就像两颗恒星一样。话虽如此,两个黑洞相撞也是完全可能的。如果两个质量差不多的黑洞彼此靠得足够近,它们就会相撞并合并形成一个质量之和为它们总质量的黑洞。

你可能已经知道这一点了,但是天文学家经常提到黑洞的两个部分——奇点和事件视界。事件视界是黑洞的“不归路”—— 事件视界内的任何东西都会留在黑洞内。在事件视界内部,在黑洞的中心,是一个奇点——一个所有质量都混合在一起、体积接近于0的点。

所以,当光穿过黑洞的事件视界时,它会被拉进那个奇点并被困在那里。所有被吸进黑洞的物质和光最终都会进入那个奇点,增加黑洞的质量。而且,据我们所知,他们会永远被困在那里。

4.当光是已知的最快速度时,黑洞是如何捕获光的?

即使光速比宇宙中的任何东西都要快,它仍然无法逃脱黑洞的引力!为什么会那样呢?

爱因斯坦告诉我们,真正重的物体,比如黑洞,会扭曲它周围的空间,从某种意义上说,会导致它“下沉”。就像这样:空间是一块漂亮的扁平的毯子,你可以通过抓住它的四端使之悬挂在空中。当你把重物放在毯子上,比如一块砖,毯子会向下弯曲,这就是重物对空间的作用。当光——由被称为光子的小能量包构成——从这些天坑附近经过时,它们试图绕着天坑绕行,有时会“被吸进”质量所在的地方。因为这些黑洞形成的天坑非常陡峭,甚至连移动得非常快的光都无法逃脱!

5.我希望也许你能详细说明黑洞与白洞、反物质、虫洞之间的关系,以及进入黑洞后物质的形式或路径(甚至是假设的)。我意识到,考虑到黑洞……古怪的存在和扭曲的物理定律,由于它的这些属性,你能获得的信息是有限的,但你可以提供的任何进一步的信息,将使我不胜感激。

你的假设是正确的!根据我们目前的理解:

A.白洞和虫洞。

虫洞,或时空中的“捷径”,最初被考虑到是因为它们是爱因斯坦广义相对论中某些方程式的解。白洞就是从虫洞的另一边流出来的“喷泉”。不幸的是,第一个解决方案是这样的,如果你试图通过其中之一,它会立即崩塌和压碎你(也就是说,有你在它会阻止虫洞解决方案的运作)。上世纪80年代中期,由于卡尔·萨根写了一部小说(《接触》;也许你看过这部电影?),穿越虫洞的兴趣被重新点燃,在这部小说里,他需要一个可以安全旅行的虫洞。

考虑到他是一位著名的科学家,他不想只是胡扯一些毫无意义的术语,所以他给他的朋友基普·索恩打了电话,他是加州理工学院的一名教授,也是广义相对论的专家。索恩和他的同事们已经找到了一些方程的解,这些解可能允许虫洞能被安全通过。唯一的问题是它们必须由所谓的“外来”物质构成,而这些物质的总能量是负的。这并不是像听起来那么不可能,但也不是那么有可能!

顺便说一下,关于虫洞和通常比光还快的旅行,有一个棘手的问题,那就是任何时候你看起来比光还快,你就可以回到过去(这是爱因斯坦相对论的一个推论)。因此,如果你有虫洞,你就可以穿越时空。这可能会导致许多令人讨厌的悖论:其中最常见的一个被称为“祖父悖论”。在这个悖论中,我们假设我是一名杰出的科学家,但却是一个真正的卑鄙小人。我发明了一个时间机器,使用它是为了回到过去,在我祖父遇到我祖母之前杀死他。因为他死了,我的父亲就不会出生,我也不会出生,这意味着我不可能制造出时间机器然后杀死我的祖父,这意味着他可以遇见我的祖母、生下我父亲,继而生下我,所以我能制造出时间机器然后杀死他,所以……你明白了!像这样的悖论使一些人相信你不能在时间里旅行,所以你不能以超过光速的速度旅行,但这并不像看起来那么明确。

B.反物质。

如果反物质落入黑洞,发生在它身上的事情和发生在普通物质身上的事情是一样的:它被拉伸和挤压,最终只会增加黑洞的质量。黑洞是机会均等的破坏者。

C.黑洞中物质的路径和形式。

一旦物质进入“事件视界”,它就被迫一路下降到中心的“奇点”,也就是目前的理论预测的力和密度将是无穷大的地方。那将意味着这是所有物质的终点。

然而,必须指出的是,对无穷大的预测对大多数人来说,这个理论是不完整的。如果是这样,也许在这个物质身上还会有别的事情发生。请注意,它还是会以现在的形式被完全摧毁。然而,有些人认为,它最终会变成一种密度大得难以想象(但仍是有限的)的夸克金块。我昨天甚至去参加了一个讲座,讲座的主讲人是一位专攻量子力学和强引力的教授,他说,他认为进入黑洞的物质可能有助于创造出另一个宇宙!相当疯狂,而且很难弄清楚该如何测试这些想法,但是那是当你想到黑洞时,你能得到的乐趣。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. Cole Miller-禾子Mélodie

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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-禾子Mélodie

审核:天文志愿文章组-

终审:天文志愿文章组-PN结

排版:天文志愿文章组-零度星系

美观:天文志愿文章组-

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:https://www.astro.umd.edu/~miller/teaching/questions/blackholes.html

本文由天文志愿文章组-禾子Mélodie 翻译自Cole Miller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。

注意:所有信息数据庞大,难免出现错误,还请各位读者海涵以及欢迎斧正。

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