黑洞是什么形成的
黑洞是什么形成的
黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而“死亡”后，發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。以下就是學(xué)習(xí)啦小編給你做的整理，希望對你有用。
黑洞的形成：
1.內(nèi)部致爆形式
內(nèi)部致爆形式，是指黑洞的揮發(fā)由內(nèi)部原因構(gòu)成。這些內(nèi)部原因大約有兩種，其一是三維能量空間內(nèi)質(zhì)量的轉(zhuǎn)移，所形成的黑洞脂肪量超過由黑洞質(zhì)量決定的臨界值;其二是三維能量空間的膨脹或黑洞的旋轉(zhuǎn)。
黑洞脂肪的形成使黑洞變得不穩(wěn)定，構(gòu)成了任何黑洞爆炸的總前提。西方的計算表明，黑洞的表面溫度存在一個正比于表面引力的溫度，也就是說，黑洞的表面溫度存在著一個最大臨界值，而黑洞的表面溫度恰好由道學(xué)黑洞脂肪的量決定，所以，一旦脂肪的堆積超過臨界，黑洞必然出現(xiàn)大規(guī)模的揮發(fā)。揮發(fā)的結(jié)果是使黑洞形成一個周圍包裹著大量原脂肪物質(zhì)的黑洞，也就是通常所說的星云。這是內(nèi)部致爆的第一種方式。
第二種方式則不同，它使黑洞的心臟地帶變得臃腫——旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，質(zhì)點效應(yīng)進(jìn)一步消散，從根本上使黑洞變得不穩(wěn)定。一旦膨脹超過維持黑洞四維引力圈套的臨界，黑洞也將爆炸。這種爆炸，將使黑洞發(fā)生“分裂”——將一個黑洞炸成許多的黑洞。我把前一種致爆模式叫做“去脂肪模式”，后一種叫做“離散模式”。兩種模式也可聯(lián)合進(jìn)行，聯(lián)合致爆的結(jié)果是使一個黑洞變成一個星系。
這個爆炸原理是最為普遍的，它能解釋宇宙中為什么有那么多的天體，同時也符合宇宙中天體不斷遠(yuǎn)離的觀察結(jié)果。
2.外部沖擊致爆形式
外部致爆的原理很簡單：通過引力沖擊破壞四維引力圈套的引力平衡。
這種方式的成功，必須要有黑洞脂肪的前提，實質(zhì)上是一種內(nèi)外聯(lián)合的起爆。沒有黑洞脂肪，四維引力圈套對能量的粉碎能力沒有下降，任何物質(zhì)都不可能對黑洞構(gòu)成引發(fā)爆炸的“沖擊”。
黑洞脂肪形成后，四維引力圈套發(fā)生分化，兩個圈套之間產(chǎn)生不穩(wěn)定的勢差，雖然沒有達(dá)到兩種內(nèi)部爆炸的臨界，但如果在這個時候給予一個足夠破壞這個平衡的外部引力沖擊(不一定需要進(jìn)行對撞，擦肩而過也行)，黑洞就會“爆炸”(不一定發(fā)生分裂)。
當(dāng)然，對負(fù)責(zé)進(jìn)行引力沖擊的引力源是有大小要求的，因為這個原理實際上是利用外部引力所產(chǎn)生的潮汐引力(時空曲率)將虛假的四維引力圈套撕裂，引力不夠強(qiáng)，就達(dá)不到效果。如果進(jìn)行對撞式的直接沖擊，則對物質(zhì)的能量密度將絕對有要求，這個要求，可能根據(jù)黑洞的衰老程度(虛假四維引力圈套處的潮汐引力大小)有著等級的劃分。密度越是高的能量，對黑洞的適爆性就越強(qiáng)，例如中子星什么的，在宇宙中應(yīng)該算是“萬能引爆器”。
外部沖擊致爆不多見。因為根據(jù)推測，“爆炸”的結(jié)果將很可能形成雙子星或雙子星系，而這類天體是非常少的。
在黑洞揮發(fā)的問題上，道學(xué)的理論與西方的理論存在著巨大的歧義。筆者認(rèn)為黑洞核心向外輻射的能量能夠在四維引力圈套處堆積形成能量巨大的脂肪，并使黑洞的視界發(fā)生膨脹，而霍金則通過計算預(yù)言黑洞的視界具有一個正比于表面引力的有限溫度。且溫度和表面引力正比于質(zhì)量除以面積，也就是與質(zhì)量成反比，當(dāng)黑洞持續(xù)輻射，將質(zhì)量轉(zhuǎn)化為外流能量時，它的質(zhì)量會下降，熵和表面積下降，而溫度和表面引力升高，黑洞收縮而變熱，從結(jié)果上看，它在蒸發(fā)。
然后，幾乎是經(jīng)過無數(shù)億年(具體來說是10的67次方年)的收縮和加熱，1~2個太陽質(zhì)量大的黑洞質(zhì)量會減小到幾千到1億噸之間的某個量，視界收縮到原子核大小的若干分之一，溫度達(dá)到1萬億到10萬億度，然后，在幾分之一秒里發(fā)生猛烈的爆炸。
霍金的這個計算，是將廣義相對論與量子論結(jié)合的產(chǎn)物。且所預(yù)言的結(jié)果“違反了那時所知的關(guān)于黑洞一切事情”(之前的黑洞理論都是以量子論為基礎(chǔ)算出來的)。明眼人一看就應(yīng)該知道，所謂違反了關(guān)于黑洞的一切事情，指的主要是黑洞只吞不吐的事情。(他使用的將廣義相對論與量子論結(jié)合的數(shù)學(xué)工具，被后來的專家們發(fā)展成一組新的物理學(xué)定律，稱為“彎曲時空的量子場的定律”。)
對于這個連西方科學(xué)界都覺得似是而非的計算和預(yù)言，道學(xué)的態(tài)度是這樣的：它是不倫不類的。原因有兩個，第一是霍金使用的計算工具是廣義相對論與量子論的結(jié)合體，計算對象是量子論的泡沫黑洞而不是廣義相對論的無限黑洞。黑洞是廣義相對論的產(chǎn)物而不是量子論的產(chǎn)物，量子黑洞的產(chǎn)生是在此基礎(chǔ)上強(qiáng)加的結(jié)果。第二是他的蒸發(fā)沒有考慮黑洞對外部空間能量的吸收。根據(jù)霍金之前的絕對視界理論，由于不斷吸收外界能量的緣故，黑洞的表面積是不斷增加的，這個增加和輻射時的減少是一對矛盾。綜合起來就是：他用不倫不類的數(shù)學(xué)工具計算了一個不倫不類的對象得到了一個不倫不類的結(jié)論。
當(dāng)然，他的有些理論是正確的，例如黑洞表面的溫度正比于表面引力。這個結(jié)論與道學(xué)(在廣義相對論基礎(chǔ)上)的結(jié)論相符：四維引力圈套對能量的束縛作用是有限的，引力越強(qiáng)，停留在跑步機(jī)上的脂肪(能量)就越多，溫度越高;引力越弱，跑步機(jī)上的脂肪就越少，溫度就越低。但四維引力圈套處的引力必然是一個固定值，所以最高溫度也是固定的，如果超過這個固定值，四維引力圈套就會收縮，將脂肪暴露在外部空間從而揮發(fā)。
因此，質(zhì)量越大的黑洞，由于表面積越大，能夠囤積的脂肪就越多，揮發(fā)時釋放出來的脂肪就越多，至于如何使表面積的溫度超越臨界(最大值)，則更簡單——黑洞內(nèi)部三維圈套里的星系不斷向外釋放能量，使能量向跑步機(jī)上聚集。而這個能量是要遠(yuǎn)大于量子論下黑洞向外的微量輻射的，所以黑洞的表面溫度很容易就能超過臨界使黑洞大規(guī)模揮發(fā)。霍金只看到量子論對外部的作用，對黑洞內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以及這個結(jié)構(gòu)對黑洞溫度上的貢獻(xiàn)沒有過多的建設(shè)性的發(fā)展，自然就落入了量子論的圈套里面，得到一些看似結(jié)合了相對論但實際上全部都是量子論做主的結(jié)論。
黑洞的表現(xiàn)形式：
恒星的時空扭曲改變了光線的路徑，使之和原先沒有恒星情況下的路徑不一樣。光在恒星表面附近稍微向內(nèi)偏折，在日食時觀察遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線，可以看到這種偏折現(xiàn)象。當(dāng)該恒星向內(nèi)坍塌時，其質(zhì)量導(dǎo)致的時空扭曲變得很強(qiáng)，光線向內(nèi)偏折得也更強(qiáng)，從而使得光線從恒星逃逸變得更為困難。對于在遠(yuǎn)處的觀察者而言，光線變得更黯淡更紅。最后，當(dāng)這恒星收縮到某一臨界半徑(史瓦西半徑)時，其質(zhì)量導(dǎo)致時空扭曲變得如此之強(qiáng)，使得光向內(nèi)偏折得也如此之強(qiáng)，以至于光線再也逃逸不出去 。這樣，如果光都逃逸不出來，其他東西更不可能逃逸，都會被拉回去。也就是說，存在一個事件的集合或時空區(qū)域，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者，這樣的區(qū)域稱作黑洞。將其邊界稱作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。
與別的天體相比，黑洞十分特殊。人們無法直接觀察到它，科學(xué)家也只能對它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。而使得黑洞把自己隱藏起來的的原因即是彎曲的時空。根據(jù)廣義相對論，時空會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短光程傳播，但相對而言它已彎曲。在經(jīng)過大密度的天體時，時空會彎曲，光也就偏離了原來的方向。
在地球上，由于引力場作用很小，時空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，時空的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達(dá)地球。觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的“側(cè)面”、甚至“后背”，這是宇宙中的“引力透鏡”效應(yīng)。
這張紅外波段圖像拍攝的是我們所居住銀河系的中心部位，所有銀河系的恒星都圍繞銀心部位可能存在的一個超大質(zhì)量黑洞公轉(zhuǎn)。 據(jù)美國太空網(wǎng)報道，一項新的研究顯示，宇宙中最大質(zhì)量的黑洞開始快速成長的時期可能比科學(xué)家原先的估計更早，并且仍在加速成長。
一個來自以色列特拉維夫大學(xué)的天文學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)，宇宙中最大質(zhì)量黑洞的首次快速成長期出現(xiàn)在宇宙年齡約為12億年時，而非之前認(rèn)為的20~40億年。天文學(xué)家們估計宇宙的年齡約為138.2億年。
同時，這項研究還發(fā)現(xiàn)宇宙中最古老、質(zhì)量最大的黑洞同樣具有非?？焖俚某砷L。有關(guān)這一發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)情況發(fā)表在最新一期的《天體物理學(xué)報》。
如果黑洞足夠大，宇航員會開始覺察到拉著他腳的重力比拉著他頭的重力更強(qiáng)大，這種吸引力拖著他無情地向下落，重力差會迅速加大而將他撕裂，最終他的遺體會被扯得粉碎而落入黑洞那無限致密核心。
普金斯基和他的兩個學(xué)生艾哈邁德·艾姆哈里、詹姆斯·薩利，加上該校的另一位弦理論學(xué)家唐納德·馬洛夫一起，對這一事件進(jìn)行了重新計算。根據(jù)他們的計算，卻呈現(xiàn)出完全不同的另一番場景：量子效應(yīng)會把事件視界變成沸騰的粒子大漩渦，任何東西掉進(jìn)去都會撞到一面火焰墻上而被瞬間烤焦。
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