黑洞是怎么形成的
黑洞是怎么形成的
黑洞的引力很大，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。相信很多人都想知道黑洞是如何形成呢?下面就讓學(xué)習(xí)啦小編來(lái)給你科普一下黑洞是怎么形成的。
黑洞形成的原因
黑洞就是中心的一個(gè)密度無(wú)限大、時(shí)空曲率無(wú)限高、體積無(wú)限小的奇點(diǎn)和周圍一部分空空如也的天區(qū)，這個(gè)天區(qū)范圍之內(nèi)不可見(jiàn)。依據(jù)阿爾伯特-愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，當(dāng)一顆垂死恒星崩潰，它將聚集成一點(diǎn)，這里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區(qū)域的所有光線和任何物質(zhì)。
黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程：某一個(gè)恒星在準(zhǔn)備滅亡，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過(guò)程立即停止，被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星體，同時(shí)也壓縮了內(nèi)部的空間和時(shí)間。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過(guò)程無(wú)休止地進(jìn)行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來(lái)的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的引力，使得任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去。
也可以簡(jiǎn)單理解：通常恒星最初只含氫元素，恒星內(nèi)部的氫原子核時(shí)刻相互碰撞，發(fā)生聚變。由于恒星質(zhì)量很大，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬(wàn)有引力抗衡，以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于氫原子核的聚變產(chǎn)生新的元素——氦元素，接著，氦原子也參與聚變，改變結(jié)構(gòu)，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的順序，會(huì)依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至鐵元素生成，該恒星便會(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定，參與聚變時(shí)不釋放能量，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部，導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬(wàn)有引力抗衡，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞。說(shuō)它“黑”，是因?yàn)樗拿芏葻o(wú)窮大，從而產(chǎn)生的引力使得它周圍的光都無(wú)法逃逸。跟中子星一樣，黑洞也是由質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量好幾十甚至幾百倍以上的恒星演化而來(lái)的。
當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒(méi)有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直到最后形成體積接近無(wú)限小、密度幾乎無(wú)限大的星體。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑)，質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲就使得即使光也無(wú)法向外射出——“黑洞”就誕生了。
黑洞的特征
分形幾何
一個(gè)由美國(guó)、英國(guó)、意大利和奧地利科學(xué)家組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，根據(jù)先前的研究和通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的模擬，發(fā)現(xiàn)黑洞、引力波和暗物質(zhì)均具有分形幾何特征。有專家認(rèn)為，這一重大發(fā)現(xiàn)將導(dǎo)致對(duì)天文學(xué)甚至物理學(xué)諸多不同領(lǐng)域的深刻認(rèn)識(shí)。
黑洞是宇宙空間內(nèi)存在的一種密度無(wú)限大、體積無(wú)限小的天體，所有的物理定理遇到黑洞都會(huì)失效;它是由質(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。當(dāng)黑洞“打嗝”時(shí)，就意味著有某個(gè)天體被黑洞“吞噬”，黑洞依靠吞噬落入其中物質(zhì)“成長(zhǎng)”;當(dāng)黑洞“進(jìn)食”大量物質(zhì)時(shí)，就會(huì)有高速等離子噴流從黑洞邊緣逃逸而出?？茖W(xué)家利用流體動(dòng)力學(xué)和引力相關(guān)理論并通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬后得出結(jié)論——“進(jìn)食”正在成長(zhǎng)過(guò)程中的黑洞，將會(huì)使其形成分形表面。
“黑洞”一詞命名者、美國(guó)著名物理學(xué)家約翰·惠勒教授曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：今后誰(shuí)不熟悉分形幾何，誰(shuí)就不能被稱為科學(xué)上的文化人。中國(guó)著名學(xué)者周海中教授曾經(jīng)指出：分形幾何不僅展示了數(shù)學(xué)之美，也揭示了世界的本質(zhì)，從而改變了人們理解自然奧秘的方式;可以說(shuō)分形幾何是真正描述大自然的幾何學(xué)，對(duì)它的研究也極大地拓展了人類的認(rèn)知疆域。可見(jiàn)，分形幾何有著極其重要的科學(xué)地位。
黑洞是宇宙中最神秘的自然現(xiàn)象。它為什么具有分形幾何特征，其原因現(xiàn)在還是一個(gè)謎。
儲(chǔ)存資料
幾十年來(lái)宇宙學(xué)家一直對(duì)黑洞會(huì)摧毀制造它的資料的問(wèn)題所困擾。黑洞是由它的質(zhì)量、能量、旋轉(zhuǎn)所定位。
假如是這樣那就無(wú)法知道最先是什么讓它產(chǎn)生的。另一方面量子力學(xué)說(shuō)資料永遠(yuǎn)會(huì)被保存，而且你可以用那些資料重建它的過(guò)去。
會(huì)漏輻射
史蒂芬·霍金讓這問(wèn)題加大，當(dāng)他說(shuō)黑洞會(huì)漏輻射。黑洞會(huì)漏輻射到摧毀自己，然后唯一可以知道它是由什么產(chǎn)生的只有在那些輻射的資料里面可以找到。
在2004年霍金說(shuō)他錯(cuò)了，而是否黑洞會(huì)儲(chǔ)存資料的辯論就從此沒(méi)有停止過(guò)。布法羅大學(xué)的博士生AnshulSaini說(shuō)黑洞釋放出的輻射(也稱作霍金輻射)并不像霍金想的那么隨意。
Siani說(shuō)要了解跑進(jìn)洞里的資料，你不只需要看霍金輻射釋放出的粒子，你還需要看它們?nèi)绾位?yīng)。這包括引力與粒子傳送光給對(duì)方的方式。他說(shuō)“這些關(guān)聯(lián)一開始很小，但會(huì)隨著時(shí)間成長(zhǎng)。”
Saini的監(jiān)督者DejanStojkovic博士說(shuō)“這些關(guān)聯(lián)在計(jì)算中時(shí)常被忽略因?yàn)樗鼈兒苄”徽J(rèn)為不會(huì)有很大的影響。我們的計(jì)算顯示這些關(guān)聯(lián)一開始很小，但隨著時(shí)間它會(huì)成長(zhǎng)大到可以影響結(jié)果。”
許多物理學(xué)家們都做出了結(jié)論說(shuō)黑洞里的資料一定會(huì)留下，所以可以讓我們回顧那些資料，但他們理論的基礎(chǔ)是用資料保存的廣義論。
霍金自己跟其他人想要展示一個(gè)觀察者如何可以得到那些資料的方法并沒(méi)有很大的說(shuō)服力。
實(shí)際上要了解制造一個(gè)黑洞的成分幾乎是不可能的任務(wù)。任何觀察者都會(huì)需要收集照射到不同方向的粒子。
還需要收集讓這互動(dòng)成型的介質(zhì)像是光子和引力子。不過(guò)對(duì)于宇宙學(xué)家這可能性是小事，真正重要的是守恒律有被保存。
黑洞的存在部分地證實(shí)了它的預(yù)言。在宇宙中存在幾百萬(wàn)個(gè)黑洞，它的存在總是需要起到一些作用的。如果要想徹底揭開黑洞之謎，還需時(shí)間，這也意味著給予有關(guān)人類終極命運(yùn)的思索一個(gè)明確的答案。
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