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黑洞密度之大,甚至连光都不能逃脱,那么黑洞内部到底是怎样的呢?

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online_member 发表于 2020-4-9 21:32:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
黑洞密度之大,甚至连光都不能逃脱,那么黑洞内部到底是怎样的呢?
online_member 发表于 2020-4-9 21:32:55 | 显示全部楼层
黑洞的产生过程大致可以描述为,当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料,由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径收缩到小于史瓦西半径时,就会变成中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小的奇点。质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出。于是吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质的“黑洞”就诞生了。


黑洞密度之大,甚至连光都不能逃脱,那么黑洞内部到底是怎样的呢?42 / 作者:风骨傲气 / 帖子ID:58983



自1915年11月25日爱因斯坦公布了他的广义相对论以来,物理学家和天文学家普遍都在怀疑黑洞存在。爱因斯坦本人是强烈反对存在黑洞这样一类客体的,理由非常简单,黑洞破坏了他心中的和谐。1915年12月,施瓦西在广义相对论场方程发布后仅仅一个月,就得到了一个精确解。这是一个既不坍缩、也不爆炸,也不脉动的静态恒星的外部解。1923年,伯克霍夫证明了一条重要的定理:施瓦西几何描述了任何球状恒星的外部,包括了坍缩的、膨胀的和脉动的恒星。大质量的恒星在它的核燃料耗尽时,不可避免地要发生坍缩,所有的理论物理学家都挡不住一个结论:坍缩将产生黑洞。

黑洞密度之大,甚至连光都不能逃脱,那么黑洞内部到底是怎样的呢?79 / 作者:风骨傲气 / 帖子ID:58983



1939年,奥本海默认识到,对于大质量恒星来说,向外的辐射、激波和密度分布,都是不重要的细节,恒星将收缩到无限大的密度和零体积。但是,这个结论是不会令爱因斯坦那些反对黑洞的人满意的。在1958年6月的一次学术会议上,惠勒认为奥本海默的坍缩观点一定是荒谬的。显然,1950年代的惠勒是爱因斯坦的忠实追随者。1963年12月,在另一次学术会议上,惠勒热情洋溢地讲述了奥本海默1939年的计算,从批评者变成了狂热的支持者。转变的原因来自计算机模拟证明:坍缩必然会产生无限大的密度。

黑洞密度之大,甚至连光都不能逃脱,那么黑洞内部到底是怎样的呢?794 / 作者:风骨傲气 / 帖子ID:58983



余下的问题是,恒星坍缩生成的物体该叫什么?苏联物理学家曾称它为冻星,西方学者称它为坍缩星。两个名字都不令人满意,“冻结”只不过是对视界的一种光学错觉,“坍缩”使人集中到奇点的本质。1967年,惠勒终于公布了他起的新名字,黑洞。除了法国学者以外,东西方的物理学家和天文学家在几个月内普遍采纳了这个专门术语。

大约在1964年以后,美国的惠勒、苏联的泽尔多维奇和英国的夏默各自率领一批年轻物理学家,对黑洞进行了理论研究,其中包括以后的诺贝尔奖得主索恩。他们利用广义相对论进行了一次又一次的计算,发现黑洞会自转、会脉动,黑洞储藏能量,也释放能量,而且没有毛发。黑洞只有4类:
(1)球对称、电中性的静态黑洞;
(2)球对称、带电的静态黑洞;
(3)旋转而电中性的克尔黑洞;
(4)旋转而带电的黑洞。



最符合实际的黑洞应该是由克尔解给予描述的黑洞。旋转黑洞周围的时空被拖动的情况,以及环状奇点的性质,是由新西兰数学家克尔在1963年发现的。天文学家要寻找的黑洞就是克尔黑洞。

黑洞密度之大,甚至连光都不能逃脱,那么黑洞内部到底是怎样的呢?304 / 作者:风骨傲气 / 帖子ID:58983



2019年4月10日,由全球13个合作机构合作建设的事件视界望远镜宣布:经过数十年的探索与积累,天文学家终于成功地获得了黑洞的首个直接视觉证据,首次向人类展示自己阴影的黑洞位于室艾座超巨椭圆星系M87中心。距地球大约5500万光年,这张照片的最重大意义是,它验证了广义相对论对强引力场也是适用的。这是继2015年9月人类首次观测到引力波信号后,广义相对论的又一次重大胜利。
黑洞密度之大,甚至连光都不能逃脱,那么黑洞内部到底是怎样的呢?870 / 作者:风骨傲气 / 帖子ID:58983
online_member 发表于 2020-4-9 21:33:00 | 显示全部楼层
你真是太好奇了!不过,人类正是因为有好奇心才推动科学进步的!
牛顿理论和爱因斯坦理论都预言了黑洞的存在。两者预言的黑洞有所差别,但有一个共同点:任何物体和信息都无法从黑洞中逃逸出来。无论黑洞内部发生什么,我们在外面都无法得知。
这导致了一个逻辑小“泥坑”。我们无从得知黑洞里发生了什么,可我们又想知道。派个人进去看看吧,可他知道了也无法把情况传出来啊!
但这并不是说我们对黑洞里会发生什么就一无所知了。科学家们还是从理论上找到了一些端倪,大约了解了黑洞内的“景象”。
假设一个宇航员要去探测一个黑洞。这个黑洞很大。有个敢死队员驾驶宇宙飞船从外面逐渐向黑洞驶去。在跨过视界的过程中,他向远处的同伴挥了挥手,含笑进入黑洞。
外面的同伴会看到他挥手的影像。由于引力红移和延迟,这个影像将一直存在,直到永远也不会消失,但这个影像会越来越红,波长越来越长,越来越暗淡。实际上,从他的同伴看来,这个宇航员将永远也进入不了黑洞,他只是离黑洞“视界”越来越近而已。就算落入黑洞会死,但由于他永远落入不了黑洞,所以他永远都死不了。如果他出发之前买了人身亡故保险,保险公司会拒赔的。因为他还没死。这个情节在刘慈欣的科幻小说“三体”里有描述。建议去看看那本小说!这是在宇航员的同伴的视觉来看的。
而在宇航员视觉看来,则大为不同。我们假设黑洞很大,视界处的潮汐力并不大。当宇宙飞船穿过黑洞视界时,宇航员的感觉上没有什么不同。他和宇宙飞船平稳穿过视界。
穿过视界后,宇航员感觉还不错。他向后看去,发现他的同伴还在远处正为他的安危担心,他甚至还能看到天空中的星系。他肯定会好奇地向前看向那传说中的奇点。可惜他什么也看不到,因为光线不会从那里发出。但是他还是感到一些异样,因为他似乎无法控制飞船了。无论他驾驶飞船往哪个方向,飞船都被那个奇点吸引,无论他把油门踩到多大,飞船总会向着奇点的大致方向飞去。飞船离传说中的奇点越来越近。这时,他还感到身体出现异样。他躺下来换个舒服的姿势,脚冲向前进的方向,这时他感到有股力量在撕扯他,好像有一双手,分别拉着他的头和脚向两个方向拉拽。学过物理学的他明白,这是黑洞内的潮汐力在起作用。潮汐力还会不可抑制地继续增加,直到把他的身体拉成一根细细的面条。他闭上眼睛,慢慢体会这不可倒流的时光。如果黑洞足够大,这个旅程可能会非常长,长到超过他的一生,以致于在潮汐力扯细他的身体之前,他能够自然死亡。因此,他也许不会太过悲惨。但对于普通恒星变成的黑洞,这个过程只有瞬间。
上面这个过程的描述当然只是一种观点,也许有些人会有不同意见。就连史蒂芬霍金也提出另外一种景象。他认为,黑洞只是一个“时空弯曲到自身的一个独立空间”。由于弯曲到自身,黑洞内任何物质都跑不出来,因为无路可逃。就像黑客帝国中男主进入地下铁路,那是一个死循环。在黑洞内,时空无边无际,向任何方向无限运动你都找不到边界(所以你也出不来)。但其内部空间仍然是有限大小的。当你看到“有限而无边”这些字眼想到什么?对了,我们的宇宙。我们的宇宙就被科学家描述为“有限无边”,你向任何方向以任意快的速度前进,你都找不到宇宙的边界,你既冲不出宇宙,也撞不到特朗普修的边界墙上,但科学家告诉我们宇宙又是有限的。难道,我们的宇宙就是一个黑洞?!说不定,也许是,也许不是。
做为科普爱好者,目前也只能猜测一下下而已。真想研究,去搞懂相对论吧,去搞懂弦论吧,去学习黎曼几何吧。这些大概还都是基础知识,因为最终答案还没有出现!
online_member 发表于 2020-4-9 21:33:35 | 显示全部楼层
进去看看就知道了。如果你能进去并且出来[捂脸]还有个办法。让特异功能者暝视一下!
online_member 发表于 2020-4-9 21:34:32 | 显示全部楼层
感谢邀请,很荣幸分享我的个人想法。
我个人的看法是,黑洞“内”的物质密度不会比“外”部的密度更大。黑洞,并非我们从“外”部看起来那样空间狭小又聚集大量物质。没有一个时空真正是黑洞“内”,也没有一个时空真正是黑洞“外”,所谓内外其实浑然一体的,“黑洞”只是一个相对的概念。
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