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目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?

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online_member 发表于 2019-4-15 19:05:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
之前看过史蒂芬霍金14年的一篇文章说黑洞可能不存在,后来也听说有科学家通过数学推算证明黑洞不存在。那黑洞是否如她所说到底不存在?或者问下,物理学界对于黑洞的看法是什么?
作者:一点资讯
online_member 发表于 2019-4-15 19:06:39 | 显示全部楼层
关于黑洞的讨论,持续了将近一个世纪。

1915年爱因斯坦的广义相对论完成以后,
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?24 / 作者:zylsnn / 帖子ID:45479,185017 一个尴尬的佯谬就渐渐浮出了水面:1939年,奥本海默根据爱因斯坦的方程,提出足够巨大的恒星将在死亡时。坍缩成引力巨大,连光都无法逃逸的残骸,使得物质无穷堆积,时空无限弯曲,超出所有人的理解。
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?71 / 作者:zylsnn / 帖子ID:45479,185017 1969年,约翰·惠勒将这种未知的存在称为“黑洞”,并提出了黑洞只有质量、电荷量和角动量三个守恒量,其余一切物理量都被巨大的引力“撕碎”在视界之内了——这个假说在1973年被霍金等人证明,就是著名的“黑洞无毛定理”。
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?1 / 作者:zylsnn / 帖子ID:45479,185017 然而才到第二年,已经失去语言能力的霍金又给出了黑洞向外辐射能量的方式,就是更著名的“霍金辐射”了。
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?26 / 作者:zylsnn / 帖子ID:45479,185017 霍金辐射指出,在黑洞的视界附近,这些真空中涌现出来的虚粒子突然有了实化的机会:这一正一反两个粒子存续地时间虽然很短,但也有可能因为靠近黑洞视界而坠落进去。
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?15 / 作者:zylsnn / 帖子ID:45479,185017 特别的,这种坠落不必同时发生,甚至另一个粒子也可能不落入视界,因为它已经没有湮灭的伙伴,可以久远地留存在宇宙中了,那么当它离开黑洞的时候,就表现为黑洞发出了辐射,也就是霍金辐射。
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?63 / 作者:zylsnn / 帖子ID:45479,185017 进一步的,一对虚粒子中的某一个变成了实粒子,它们获得的质量就来自黑洞——所以在长远看来,所有饥饿的黑洞都会因为霍金辐射蒸发消失——正如霍金在2016年阐述的,“只有灰洞,没有黑洞”。
本回答所有截图和内容摘引自节目《霍金辐射 | 混乱博物馆》中段部分。
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?15 / 作者:zylsnn / 帖子ID:45479,185017
霍金辐射
https://www.zhihu.com/video/1100468047491506176
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online_member 发表于 2019-4-15 19:06:58 | 显示全部楼层
黑洞是科学史上少有的,没有确切观测实例却得到广泛认同的对象。我个人认为2017年的诺奖几乎就是学术界承认黑洞存在的标志(以及广义相对论的又一次伟大胜利)。
黑洞的思想起先诞生于对星体逃逸速度的思考。根据牛顿的引力理论,简单推导得知:密度很大的星体表面的逃逸速度能达到甚至超过光速,那么这个星体在外部看来就是暗的,不发出一点光(米歇尔1783年)。这个观点在光的微粒说vs波动说的战争中几经沉浮,逐渐淡去。
牛逼的观点还得靠牛逼的人炒起来,爱因斯坦的广义相对论一诞生,马上就成了描述引力的金科玉律,甚至不需要多少验证,就得到了很多人的认同(它的观点和形式实在是太美了)。广相提出当年(1916),场方程就有了第一个解:施瓦西真空解。它能完美描述球状物体周围的时空弯曲(引力)。然而这个解也预言了一个伟大的怪物:极度致密的天体——黑洞(这个名字是后来惠勒起的)。
爱因斯坦一生信奉时空的完美因果性,因此他一度认为黑洞是不存在的。但经过了大半个世纪理论上的攻坚克难,人们发现大质量恒星引力坍缩是必然,现有物理定律逃不过黑洞的产生。下图是一大批天体物理学家和相对论学者集体贡献的结果(包括爱丁顿、钱德拉塞卡、茨维基、惠勒、朗道、若野正巳等,图取自《黑洞和时间弯曲-爱因斯坦的幽灵》,索恩著):
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?20 / 作者:JaStE / 帖子ID:45479,185018 在粒子物理蓬勃发展的同时,天体物理学家对于致密“冷死星”状态的探索也同步前进。恒星暮年时要么膨胀变成巨星,辐射殆尽后变为一个“铁疙瘩”;要么直接爆炸,留下一颗内核。这些几乎不发光不聚变的冷死星的相图就如上图所示。
如果铁疙瘩的质量和太阳差不多大,经引力坍缩后靠电子的简并压抵消引力,最终稳定在曲线右边的白矮星区域;大于1.44个太阳质量(钱德拉塞卡极限)的天体会继续坍缩,把电子压入质子,最终靠中子的简并压抵消引力,落在曲线较左边的中子星区域。质量更大的冷死星(这个极限差不多实在太阳质量的3倍左右),将不可避免地继续坍缩变为黑洞。虽然物理学家想方设法提出了一系列机制,想阻止这种无尽坍缩,但很无助地发现:除了白矮星和中子星之外,貌似没有其他任何形式的物质形态能抵消如此大的引力(近年来有夸克星的想法,也有观测到几颗疑似夸克星,但证据不足)。宇宙中比太阳质量大的多的暮年恒星多的是,因此从理论上,黑洞似乎必须存在。
那么能否观测到黑洞呢?从黑洞本身的性质可知,通过电磁波手段直接观测黑洞是不可能的,我们只能另辟蹊径找一些其他的方法。经过大半个世纪的探索,应该有以下几种方法可以间接观测到黑洞:
1,引力透镜。黑洞可以扭曲它背后的恒星光线,使同一个恒星成几个象甚至被拉成圆弧。这种方法条件极端特殊,事实上几乎没有这样找到过黑洞。
2,双星系统和强X射线源。由恒星-黑洞组成的双星系统,我们可以看到恒星的诡异运动方式。另外,恒星风吹过黑洞时会被挤压加热释放出很强的X射线。最典型的例子:Cyg X-1(意思是天鹅座方向最强的X射线源)。
3,射电星系和类星体。许多星系(包括我们所在的银河系)会辐射出异常多的无线电波(早在1936年就有人发现了这个现象)甚至喷流;还有非常极端的类星体,能辐射出超过整个星系的能量。这些现象用克尔提出的旋转黑洞度规可以完美解释,近年来对银河系中心大量恒星的观测也证实了这一点。
4,引力波。强引力场的变化会以引力波的形式向外辐射能量,这在中子星碰撞、黑洞合并等事件中体现得尤为明显。LIGO在这个领域贡献十分突出。至今已经不下四次观测到引力波事件。
5,直接成像。利用甚长基线干涉测量技术(VLBI),搭建极大口径的射电望远镜系统,可以直接对黑洞附近的吸积盘进行成像。EHT项目正致力于拍摄黑洞,目前已发布了M87*的照片。
6,原初黑洞爆炸。这是根据霍金的观点得到的结论,认为黑洞蒸发(霍金辐射)到最后阶段时,视界极不稳定引发爆炸。但这个思想目前证实不了也无法观测(普通质量的黑洞蒸发所需时间就已经大大超过了宇宙年龄)。
综上:目前我们持有的观点是,黑洞广泛存在于宇宙中,其性质大部分由广义相对论描述。恒星级黑洞是由大质量恒星演化到末期坍缩形成的,星系和类星体中心的超大质量黑洞的成因目前还是众说纷纭。
PS,霍金14年搞过大新闻,认为黑洞可能不存在,他的理由是星体在坍缩成为黑洞前,能量就会以黑洞蒸发的形式释放出去,从而不至于质量过大形成黑洞。但这个思想始终不是主流,也很容易反驳:超新星爆发的能量释放速度都无法避免中子星的产生,凭借极其缓慢的黑洞辐射效应来减缓引力的作用基本不可能。
online_member 发表于 2019-4-15 19:07:49 | 显示全部楼层
主流认为存在。
但没有真正的证据,都是推知。
主流不等于正确。
19世纪的以太,主流几十年都认为以太是存在的,最后结果却是靠量子波最终解决这个问题,以太不存在。
电磁波是量子波,不需要波动介质,不需要以太。
黑洞熵的结果,基本是否定了传统黑洞(就是只吸不吐型的黑洞,广相的黑洞)的存在,存在的一定是新形式的黑洞,存在类似于黑洞的性质(吸引的性质),但不是只吸不吐,而是既吸也吐。这种黑洞,其实和广相的黑洞,性质已经存在很大的不同。
online_member 发表于 2019-4-15 19:08:30 | 显示全部楼层
目前科学界的主流是认为黑洞存在还是不存在?89 / 作者:emol99 / 帖子ID:45479,185020 喏,存在的

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