黑洞的九大真相你知道吗?

1、黑洞源自恒星

黑洞最常见的出生地位于大质量恒星的核心。它在耗尽氢燃料之后就会坍缩,坍缩会释放出激波,将恒星的外部包层炸飞,变成一颗超新星。因此,当恒星的外部在向外爆发的时候,它的核心却在向内坍缩。

当核心坍缩时,引力就会增大。如果核心的质量足够大(大约3个太阳质量),引力就会变得非常强,使得坍缩核心表面的逃逸速度超过光速。这就意味着没有任何东西能逃离这个天体,即便光也不行,所以它是黑的。

黑洞

黑洞

在黑洞周围有一个区域,其中的逃逸速度等于光速,该区域被称为视界。任何发生在视界之内的事件都永远无法被视界之外的人看到。这就是宇宙漏斗的成因。

2、是尺寸令黑洞如此异禀

和通常所想象的不同,黑洞拥有如此怪异特性的原因并不在于它的质量有多大(毕竟比黑洞质量大的天体有的是),而在与它的体积有多小。

也就是说,只有巨大的质量被塞入一个非常小的体积内之后,才能制造出黑洞。那么,到底要多小呢?假设太阳的质量不变,如果要把它变成一个黑洞,那么它的半径就要缩小232,000倍到3千米。

有意思的是,在你把太阳“挤压”成一个黑洞的时候,其外部的引力效应并不会发生改变。也就是说,当你蒙上地球的双眼,她全然不会察觉牵动她运动的是太阳还是黑洞。唯一发生变化的地方在已经变成黑洞的太阳的内部和附近。

黑洞

黑洞

3、黑洞内部并非无穷小

黑洞的视界将它的内部与我们可见的宇宙隔绝了开。对于一个由恒星坍缩而来的黑洞而言,在这些恒星物质身上究竟发生了什么?

回答是,我们也许永远也搞不清楚。由于视界的存在,我们无法看到这些坍缩的物质,因为它们所发出的光无法到达我们(黑洞是一个连光都无法逃逸的地方)。不过物理学和数学可以帮助我们,即使它们位于视界的内部。

这些物质会继续坍缩,而引力则会继续增强。越来越小,越来越小,最终它们会坍缩成一个没有维度的几何点。很多书上都这么写,但事情却并不是这样。坍缩的物质会小于一个原子、一个原子核、一个电子,最终抵达“普朗克长度”的大小。在量子力学中,普朗克长度是一个尺度上的极限。对于一个小于这一极限的物体,我们将无法确知它的信息。确切的物理学很复杂,但是即便你能穿透视界进入黑洞内部,只要坍缩的物质达到了这个尺度,你就无法测量它的确切大小。

那么普朗克长度有多小?非常非常小:10-35米。

4、黑洞绝对不是管道状

对于某个物体而言,你所感受到的它的引力取决于两个因素:这个物体的质量和它到你的距离。这意味着,只要到某个物体的距离相同,不同的人所感受到的引力是相同的。如果把所有这些引力相同的点串联起来,就能得到一个引力体位于其中心的球面。

黑洞

黑洞

黑洞视界的大小取决于引力,因此视界是一个包裹着黑洞的球面。如果你有办法从外面看到视界,它看上去会像是一个黑色的球面。

有些人把黑洞想象成一个圈或者是管道状的。“管道”是在解释引力对空间的弯曲中经常所用的图释,这时坍缩的3维空间被简化成了2维空间。空间被想象成了一张床单,大质量天体对空间的弯曲就和把一个保龄球放在床单上的效果一样。但空间不是2维,是3维的(如果算上时间就是4维的),因此这个解释就会让人们对黑洞视界的形状产生误解。

5、黑洞会转动

听上去有点奇怪,不过黑洞确实会转动。恒星会自转,它的核心也会转动。当恒星的核心坍缩地越来越小时,它的自转就会越来越快。这就像花样滑冰运动员通过收回张开的手臂来加快自身的转速一样。如果核的质量不足以形成黑洞,它就会形成一颗直径只有几千米的中子星。目前已经发现了数百颗中子星,它们自转的速度非常快,有时甚至可以达到每秒钟100圈。