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春节前带你看霍金研究的黑洞到底是什么?3分钟了解奇幻的黑洞

 量子猫科学 2021-03-01

要把黑洞理解的稍微比较透彻点还是有点难度的,今天我就给大家介绍一下,我将分为以下七点给出答案:

1、黑洞到底是谁提出的呢?

2、黑洞有什么基本性质呢?

3、为什么霍金还没有得到诺贝尔奖的原因

4、地球变成黑洞的条件

5、黑洞还有什么性质呢?

6、黑洞会发生时!间!变!慢!效应!

7、黑洞里面会出现:时!空!互!换!

一、首先我们了解下黑洞到底是谁提出来的?

第一个人物当然是耳熟能详的爱因斯坦,在他的广义相对论里面就提出了引力场的方程,因为我们研究宇宙很给力的工具就是广义相对论。

(图片省略。。。脑补)

第二个人物叫史瓦西,他通过求解爱因斯坦广义相对论里面的引力场方程,得到一个解,但他发现这个方程的解很奇异,有很多奇怪的性质,于是,他就把这个解叫做黑洞。

结论就是:宇宙中可能存在一种比较奇怪的天体,那到底有没有,具体他也不知道。。。(尴尬)

第三个人物就是霍金,霍金的对这个解进行了一些尝试,霍金在爱因斯坦的广义相对论基础上,又引入了量子场论。通过量子场论的分析,霍金主要贡献就是对黑洞的性质有详细的描述。

但截至今日为止,这些都还只是理论,也就是说黑洞到底存不存在?也还处在怀疑阶段,但是有的可能性比较大,因为已经观测到很多证据支持黑洞存在了。

由于没有得到确凿的证据,所以这也是为什么霍金还没有得到诺贝尔奖的主要原因。

二、那么黑洞有什么性质呢?

我们再看下黑洞的基本性质,黑洞的质量非常大,以至于光都无法逃逸。

为了方便理解,我们先来看个例子:

比如我们在地球打一杆高尔夫球,按常理来说,这个高尔夫球速度比较慢,那么它就会以抛物线的形式落回到地面上。

如果高尔夫球速度达到一定的速值,它就不会落地,而且还会环绕地球运动,我们把这个速度就叫第一宇宙速度:7.9km/s

如果高尔夫球发射速度更大,增大到11.2KM/S,它就不会落回到地面上了,它就会逃逸到地球外的太阳系。

这个速度我们就称为逃逸速度。

而史瓦西的研究得出一个结论:如果星球的质量越来越大,而星球的半径越来越小,逃逸速度就会增大。

这就是下图史瓦西半径公式得出的结论。

如今我们知道最快的速度就是光速,如果说连光都逃不掉,那天王老子也都逃不出去了。

这里如果把地球的质量带入6×10^24kg,算出来地球的史瓦辛半径是0.01m,也就是说当地球半径小于0.01m,缩小至高尔夫球那么小的时候,地球就变成黑洞了。

三、黑洞的时间变慢效应

大质量的物体会造成时空弯曲,为了更方便理解再来两个例子:

1、假如一个黑洞外界有个光圈,那么我们就把这个圈称之为视界,是啥子意思呢?

假如有个人逐渐接近视界,他在视界外面时,还是有机会撤离,一但跨过视界范围,就算它的速度是光速也逃不了黑洞(就像在悬崖边你一脚踩空了,你再也爬不上来了,掉到底为止),所以最终结果,他一定会往黑洞的中心点掉,而这个点我们把它叫做奇点!

如果外面有个人在看,就会看见逐渐靠近视界这个人会越来越慢,接近“视界”时,他就“停止”了,这就是引力造成的时间变慢效应。

记得《星际穿越》吗?很好的描述了黑洞的样子,值得一看,里面有个场景是一群人飞进一个星球,出来后已经过了20多年,外面等的人已经老了,这就是时间变慢效应。

所以第一个效应就是时间变慢!

四、黑洞的时空互换性

在你接近黑洞的时候时间会变慢,当你进到黑洞里面又会有什么现象呢?

当然是你进到黑洞里就再也出不来,因为就算你变成光都出不来,别说还是个人了。,而且进到黑洞时空里面,会出现:时!空!互!换!!!

什么叫时空互换?在黑洞外边,也就是普通世界,我们的时间都是是单向流逝的,而空间是双向的。

时间单向就是你不能《回到过去》,空间双向就是你可以向前向后向左向右。

但你进到黑洞里面就变了,时!空!可以互换!!!

也就是说时间变成双向的,你可以回到过去,但是空间是单向,你不能往回走,还不能拐弯儿,只能向前走,只能往中心奇点走,而在这过程中,你最终会因为质量的引力场而死亡。

这些就是黑洞比较奇怪,甚至是奇幻的地方,希望看了对大家有所帮助!

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