行星之死，黑洞之生

donaldjackie

随着现在越来越多的人喜欢看科幻电影，同时各种媒体也都在传播科普知识，相信很多人都知道“黑洞”这个词。但是几乎对它的了解都只是听说过，很少有人对它有更深一层的了解。其实要想了解黑洞，首先还得先聊聊光，不知道你有没有想过这样一个问题，我们身边的物体都是由分子和原子组成的，那么光是由什么组成的呢？在200年前，当时的人们有两种观点，一种是牛顿支持的微粒说，他认为光是由粒子组成的；另一种观点认为光是以波的形式存在的。后来人们发现光同时具有波和粒子的双重特性，这时人们又思考了另一个问题，既然光是有粒子的特性，那么它应该也会受到引力的作用，而不是无限的速度。

双缝实验

波粒二象性

直到剑桥的约翰·米歇尔在1783年发表了他的观点，他认为如果存在一个质量足够大而体积又足够小的星体，那么它会具有非常强大的引力，强大到能捕获光线，任何光线都无法从它身边逃脱。而且这种星体在宇宙中有很多，就是因为没有光能从它们身上发射出来，所以我们到现在都还没有观测到它们。因为它具有强大的引力，我们可以通过计算来发现它。

正在进行聚变的恒星

要想了解黑洞，我们首先有必要了解一下恒星的有生到死。最开始由大量的氢气由于自身的引力作用，向内坍缩形成了恒星。在它的坍缩过程中，氢气中原子运行的速度越来越快，导致他们互相碰撞到的概率越来越大，这种情况使得氢气的温度迅速上升。直到氢气温度达到一定程度的时候，氢原子碰撞了之后会聚合成氦原子，这个过程就是聚变，也是氢弹的原理，在聚合过程中释放出大量的光和能量。当气体的压力达到了正好与引力平衡的时候，那么这时气体开始停止收缩了，整个系统的力达到了平衡。不同大小的恒星，能够持续的时间是大不相同的。比如我们的太阳，它比较小，所以它还能燃烧50多亿年，但是大多数的比较大的恒星能燃烧的时间要比太阳短的多，比如现在已知最大的恒星R136a1的寿命才300万年。这是因为质量越大，它就必须要消耗更多能量来维持这种平衡。当恒星消耗掉了所有燃料，那么引力会再一次起作用使之又一次缩小。

强德拉塞卡

但是缩小后的情况就比较复杂了，时间来到了上个世纪的30年代，一个名叫强德拉塞卡的印度学者计算出了在恒星消耗完燃料之后，由于引力增大了，物质中的粒子再一次靠近，而根据泡利不相容理论，粒子们要具有非常活跃的不一样的速度，而这种速度又会使恒星有向外膨胀的趋势，从而可能会再一次达到力上的平衡，保持大小不变了。但是这种排斥力的大小是有限的，恒星越小，排斥力和引力之间的比值就越小。经过计算，一个质量是太阳1.5倍已经冷却了的恒星根本无法抵消引力，最终收缩，这个值被称作强德拉塞卡极限。

白矮星

质量比强德拉塞卡极限小的恒星，最终会变成一颗白矮星，白矮星一般半径为几公里，密度则为每立方厘米几十吨，现在我们已经观测到了数量庞大的白矮星。而恒星还会有另一种结果，这种结果就是中子星。它是由质量是太阳一倍或者两倍的恒星坍缩形成的，但是它的体积却比白矮星还要小上很多。所以中子星的密度更大，它的半径只有白矮星的百分之一，但是密度却是白矮星的百万倍，这种密度是难以想象的。

中子星

大质量恒星在能量消耗殆尽时，为了防止自己由于引力无限收缩，会抛出一些物质，甚至是爆炸来使自己的质量下降到极限值以下。科学家们做出了一个假设，如果不让恒星抛弃自己的质量，或者在它变成中子星和白矮星时给它强加上一部分质量，使它超过极限值会怎样？会跟想象中的一样坍缩成一个密度无限大的点吗？很多科学家拒绝接受这个结论。

这个问题最终由奥本海默解决了，他的工作曾被二战所终止，二战期间他投入到了研制原子弹的事业中去了，所以他也被称作“原子弹之父”。在他的研究中表明，恒星是能够改变光线的传播方向的。当恒星最后收缩到一个临界值后，就彻底把光线捕获了，光也就再也逃脱不出去了，这样的天体我们就叫它黑洞。

黑洞的照片

我们现在对黑洞的了解还很少，真正拍到它的照片也是在今年的4月10日21点，人类才真正第一次看清它真正的样子。科技还在飞速发展，相信我们很快就会对它不那么陌生了。


本文选自：今日头条