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 黑洞

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注冊日期 : 2010-07-08

發表主題: 黑洞   周五 7月 09, 2010 7:30 pm

黑洞是根據現代的物理理論和天文學理論所預言的,在宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體。黑洞是由質量足夠大的恆星核聚變反應的燃料耗盡而死亡後,發生引力塌縮而形成。黑洞質量是如此之大,它產生的引力場是如此之強,以至於任何物質和輻射都無法逃逸,就連光也逃逸不出來,故名為黑洞。
歷史上,法國物理學家拉普拉斯曾預言:「一個質量如250個太陽,而直徑為地球的發光恆星,由於其引力的作用,將不允許任何光線離開它。由於這個原因,宇宙中最大的發光天體,卻不會被我們看見」。
現代物理中的黑洞理論建立在廣義相對論的基礎上。由於黑洞中的光無法逃逸,所以我們無法直接觀測到黑洞。然而,可以通過測量它對周圍天體的作用和影響來間接觀測或推測到它的存在。比如說,恆星在被吸入黑洞時會在黑洞周圍形成吸積氣盤,盤中氣體劇烈摩擦,強烈發熱,而發出X射線。藉由對這類X射線的觀測,可以間接發現黑洞並對之進行研究。迄今為止,黑洞的存在已被天文學界和物理學界的絕大多數研究者所認同。

黑洞模擬圖

質量達太陽10倍的黑洞之電腦模擬圖




黑洞是由大於太陽質量的3.2倍的天體發生引力坍塌後形成的(小於1.4個太陽質量的恆星,會變成白矮星)。天文學的觀測表明,在很多星系的中心,包括銀河系,都存在超過太陽質量上億倍的超大質量黑洞

愛因斯坦廣義相對論預測有黑洞解。其中最簡單的球對稱解為史瓦西度規。這是由卡爾·史瓦西1915年發現的愛因斯坦方程的解。

根據史瓦西解,如果一個重力天體的半徑小於一個特定值,天體將會發生坍塌,這個半徑就叫做史瓦西半徑。在這個半徑以下的天體,其中的時空嚴重彎曲,從而使其發射的所有射線,無論是來自什麼方向的,都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出在任何慣性座標中,物質的速率都不可能超越真空中的光速,在史瓦西半徑以下的天體的任何物質,包括重力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點(gravitational singularity)。由於在史瓦西半徑內連光線都不能逃出黑洞,所以一個典型的黑洞確實是絕對「黑」的。

史瓦西半徑由下面式子給出:



G萬有引力常數M是天體的質量,c是光速。對於一個與地球質量相等的天體,其史瓦西半徑僅有9毫米

分類

分類方法一:

  1. 超巨質量黑洞

    • 到目前為止可以在所有已知星系中心發現其蹤跡。
    • 質量據說是太陽的數百萬至十數億倍。
</LI>
  • 小質量黑洞

    • 質量為太陽質量的10至20倍,即超新星爆炸以後所留下的核心質量是太陽的3至15倍就會形成黑洞。
    • 理論預測,當質量為太陽的40倍以上,可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。
    </LI>
  • 中型黑洞

    • 推論是由小質量黑洞合併形成,最後則變成超巨質量黑洞
    • 中型黑洞是否真實存在仍然存疑。
    </LI>


    分類方法二:根據黑洞本身的物理特性(質量、電荷、角動量):

    1. 不旋轉不帶電荷的黑洞。它的時空結構於1916年由史瓦西求出稱史瓦西黑洞
    2. 不旋轉帶電黑洞,稱R-N黑洞。時空結構於1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出。
    3. 旋轉不帶電黑洞,稱克爾黑洞。時空結構由克爾於1963年求出。
    4. 一般黑洞,稱克爾-紐曼黑洞。時空結構於1965年由紐曼求出。
    微黑洞
    微黑洞是理論預言的一類黑洞,目前尚無證據支持微黑洞的存在。它們誕生於宇宙大爆炸初期,質量非常小,根據霍金的理論,黑洞質量越小,「蒸發」越快。因此如果存在微黑洞,那麼它們現在一定已經蒸發殆盡了。
    否認黑洞存在的一些觀點



    1. 量子力學方面的反駁:黑洞中心的奇點具有量子不穩定性,所以整個黑洞不可能穩定存在。
    2. 目前發現的黑洞是一些暗能量星:美國加利福尼亞勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的天體物理學家喬治·錢普拉因等認為,目前發現的黑洞是一些暗能量星,真正意義上的黑洞是不存在的。
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