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黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞

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online_member 发表于 2019-9-14 23:07:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
1.一个黑洞能有多大?

黑洞的大小是没有限制的。然而,我们认为存在的最大的黑洞位于许多星系的中心,其质量相当于大约10亿个太阳(十亿太阳质量)。它们的半径是太阳系半径的相当大的一部分。
黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞41 / 作者:知足常乐77 / 帖子ID:53686,211727

2.一个黑洞能有多小?

根据广义相对论(此理论预言解释了大多数黑洞的特征)黑洞的尺寸可以无限小。但是一个关于引力作用的完整理论必须包括量子力学,并且现在这样的理论已经建立了。一些来自关于这个理论最近的工作的线索表明黑洞的半径不能小于十的负三十三次方即0.000000000000000000000000000000001厘米。在如此小的尺度上,即使表面光滑的空间也会被分解成一个由隧道、环路和其他交织结构组成的“捕鼠器”!至少,这是目前的研究表明的。
黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞14 / 作者:知足常乐77 / 帖子ID:53686,211727

3.[关于以上的第一个问题的答案]为什么恒星内部的电子力不以与引力相同的速度增长呢?

简单来说,恒星内部的简并电子压力以一种特定的方式依赖于气体的密度,而不直接依赖于重力和密度之间的关系。如果你想要一个数学关系,它是:压强与密度的5/3次方成正比。几次方由量子力学的性质决定(与引力无关)。另一方面,恒星表面的引力(例如)与恒星的质量成正比,与半径的平方成反比(因为牛顿的万有引力定律!)如果我试着用恒星的密度来表示这个表面引力(它是平均密度),我发现M/r^2正比于密度乘以r,所以你看,“密度乘以r”不是“密度的5/3次方”
黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞100 / 作者:知足常乐77 / 帖子ID:53686,211727

4.一个坠入黑洞的观察者能够看到发生在黑洞外的所有未来事件吗?

引力时间膨胀效应的存在会导致一个误区。的确,如果一个观察者(A)在黑洞事件视界附近静止不动,而另一个观察者(B)在离事件视界很远的地方静止不动,那么B会看到A处的时钟滴答滴答走地很难,而A会看到B处的时钟走的很快。

但是如果A在B保持静止的情况下落向事件视界(最终越过它),那么我们看到的并不像上述情况表述的那么直接。正如B所看到的:A落向事件视界,A发出的光子爬出重力井所需要的时间会越来越长,导致B看到A的时钟明显变慢。
黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞75 / 作者:知足常乐77 / 帖子ID:53686,211727

当A在事件视界时,A处的时钟发出的任何光子(形式上)都需要无限时间才能到达B。为了便于思考,想象时钟每滴答一下就发出一个光子。因此,就像你说的,如B所见,A似乎冻住了。然而,A其实已经跨越了事件视界,B所见的其实只是一种幻觉(准确来说,是一种"光学幻觉"),让B以为A永远不会跨越事件视界。如A所见:A下落,越过事件视界(也许在很短时间内)。
黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞1 / 作者:知足常乐77 / 帖子ID:53686,211727

A看到B时钟发射的光子,但是A正在远离B,因此A在越过事件视界前永远无法收集到超过有限数量的光子(如果你愿意,你可以认为这是由于多普勒效应抵消了引力时间膨胀--A远离B的运动)。在A越过事件视界之后,A收集到的光子不容易按来源来分类,所以A无法弄清B时钟是如何继续滴答作响的。在A越过事件视界之前,A发射了有限数量的光子,B也发射了有限数量的光子(A收集了有限数量的光子)。
黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞5 / 作者:知足常乐77 / 帖子ID:53686,211727

你可能会问,如果A落向事件视界的速度降低地很慢的话,会怎样?是的,多普勒效应不会起作用了。直到在某个实际的极限,A离事件视界太近,无法阻止自己落下,那么A只能看到B的光子数量有限(但是实际数量很大--占用了B更多时间)。当然,如果A在坠入事件视界之前,"坚持"了足够长的时间,有可能看到宇宙的未来走向。所以结论是:仅仅掉进黑洞里不会让你看到整个宇宙的未来。黑洞是存在的,但不会成为最终大危机的一部分,物质会落入黑洞中,对于外行人来说,请参考Kip Thorne的书《黑洞与时间弯曲》,这本书中有很好的黑洞问题讨论。
黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞2 / 作者:知足常乐77 / 帖子ID:53686,211727

5.黑洞能被用作能源吗?

关于黑洞作为能选的潜在用途有大量的信息(当然,应该提到的是我们必须先获取一个黑洞,至少在有太阳的情况下,我们才能利用太阳能)。关于我在文章中提到的信息,我建议咨询一下为外行人写的一本优秀著作:Kip Thorne的《黑洞与时间弯曲》。简而言之,旋转的黑洞能够在旋转的过程中储存大量能量,这种能量实际上是可获取的,因为旋转运动作用在黑洞以外的空间。原则上,能量可以从黑洞的旋转中提取出来,具体使用什么机制是一个潜在的复杂问题。
黑洞有什么奥秘?五个回答带你深入了解黑洞62 / 作者:知足常乐77 / 帖子ID:53686,211727

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. phys-一个没有天赋的人-千里

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原文地址:今日头条
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