《黑洞》 思维导图 黑洞是时空的终极谜题 理论过于复杂很难看懂 那么我们就试试用思维导图 看能不能帮助你认识黑洞 黑洞是广义相对论预言的极端天体 引力强到连光也无法逃脱 并且由大质量恒星(>3倍太阳质量)坍缩形成 史瓦西半径内形成事件视界 那么什么是事件视界呢 解释起来就是 不可逆边界 物质进入后无法返回 光有去无回 看起来就是黑黑的一片 这就是黑洞 黑洞的中心是奇点 特点是密度无限大 时空曲率无穷的未知区域 无毛定理可以解释黑洞 说黑洞是: 仅由质量、角动量、电荷描述 我们一起来看看黑洞家族有哪些 首先是恒星级黑洞 它的质量是3-100倍太阳 由超新星爆发后形成 最大的是超大质量黑洞 质量百万至百亿倍太阳 占据星系中心 如银河系中心黑洞400万倍太阳质量 还有就是中等质量黑洞 质量介于恒星与超大质量之间 近年通过引力波间接证实 那么黑洞看不到 我们是怎么知道有它的呢 那就依赖于观测技术了 我们可以间接观测 通过引力透镜效应 也就是扭曲背景天体影像 还可以通过吸积盘辐射 也就是X射线、无线电波信号 直接成像可是可以的 那就要用到事件视界望远镜(EHT) 它于2019年首次捕捉M87黑洞影像 2022年公布银河系中心黑洞照片 黑洞会发射波 所以可以通过多波段联合观测 通过射电、光学、X射线、引力波 探测结合,分析喷流、磁场等特性 那目前黑洞未解之谜呢 首先是信息悖论 霍金辐射导致黑洞蒸发 但量子力学认为信息应守恒 其次是引力与量子力学统一 奇点处物理定律失效 需新理论(如弦理论、全息原理)解释 再者是黑洞本质 它可能是时空的孤立区域 与外界无物质交换
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66661周前
这或许是现代物理学最震惊的一项理论,发现黑洞可能并不存在事件视界。黑洞的边界就是时空终结的奇点,这就是现代物理学中一个被广泛讨论的理论:黑洞火墙理论。 科学家为什么要提出黑洞火墙理论?这个理论又是又是如何产生的?本期视频我将带你一探究竟。 如果你在地球上发射一枚炮弹,那么它在飞行一段高度后就会落回到地面上。但是如果你发射炮弹的速度非常快,比如超过了每秒11.2公里,那么这枚炮弹就会摆脱地球的引力逃向外太空,这个速度正是地球的逃逸速度。 实际上宇宙中的各种天体都有一个逃逸速度,比如木星的逃逸速度约为每秒60公里,太阳的逃逸速度约为每秒600公里。天体的质量越大,它的逃逸速度也越大。 如果一颗恒星的逃逸速度超过了每秒30万公里,那么这颗恒星的逃逸速度就超过了光速,这意味着即使是光也无法从这颗恒星逃离,此时这个恒星就变成了一颗暗星,暗星正是黑洞的雏形。黑洞就是一个逃逸速度超过光速的天体。 表面上看这个对黑洞的解释很形象的让我们理解了为什么光无法从黑洞中逃离。然而可能让你意想不到的是这个解释完全是错误的。 首先这个解释会得到一个极其荒诞的结论,那就是即使黑洞的逃逸速度大于光速,但任何物体都能从黑洞中出来。这是因为根据逃逸速度的定义,黑洞的逃逸速度大于光速指的是如果你在黑洞表面突然以光速逃离黑洞,那么在没有任何火箭助推力的情况下你最终会落回到黑洞。 但是在你落回黑洞之前你完全有机会再次把速度加速到接近光速,此时你的速度早已超过了落回黑洞时的速度,你将很轻松的从黑洞中逃离。然而在一个真实的黑洞中任何物体都无法从中逃离,因此通过逃逸速度来定义黑洞是无法解释一个真实的黑洞的。 那么我们该如何定义黑洞?实际上我们只能通过广义相对论来定义黑洞。在广义相对论下黑洞有两个特性,第一个是任何物体都无法从黑洞中逃离,第二个是任何物体都无法进入黑洞。 第一个特性我们都比较熟悉了,这里重点说一下第二个特性,以经典的星际穿越中的场景为例,当库珀掉进黑洞时,从我们的视角看,首先他下落的速度会越来越快,不过当他即将进入黑洞时,他的速度却突然慢了下来。这是因为黑洞周围的时间流速是不一样的,越接近黑洞,时间流逝的速度就越慢。 当库珀真正到达黑洞的边界时,库珀的时间完全停止了。我们看到的是库珀冻结在了黑洞的表面,你或许觉得这一切也比较好理解,因为连光线都无法从黑洞中逃离。库珀身上的光线冻结在黑洞表面也很正常,
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