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黑洞的颜色

时间:2025-01-12 03:37:11 编辑:阿旭

黑洞是什么颜色的

黑洞实际上并不是一个洞,而且也没有实际存在的颜色,理论上来讲黑洞是没有颜色的。由于人类观察黑洞的时候是通过视觉效应,因此黑洞的颜色只是其他物体反射的光。黑洞是宇宙中神秘的现象,还有很多未知的秘密等着人类去探索。 黑洞没有颜色 黑洞实际上并不是一个洞,而且也没有实际存在的颜色,黑洞的密度和曲率是无限大的。在黑洞的外面有一个半径不确定的事件视界,任何物质和辐射都会落进这个视界中,连光也会落入,黑洞中没有光,所以没有颜色。 虽然从理论上讲黑洞是没有颜色的,但是人类看到的黑洞一般都是黑色的,那是因为人类观察黑洞的时候是通过视觉效应来观察的,所以会有颜色。黑洞的颜色只是由其他物质的反射的光,所以黑洞实际上是没有颜色的。 黑洞形成后将宇宙分成了两个不同的时空,黑洞的视界外是人类可以看到和探索的物质能量区域,而黑洞视界内是人类无法观测和探索的区域。黑洞是宇宙中神秘的现象,宇宙中还有很多未知的秘密等着人类去探索。

黑洞真的是黑色的吗?

提及黑洞大家脑海里第一印象应该就是一个纯黑色的洞,什么东西只要靠近了它都会被吸进去,十分恐怖。

实际上,黑洞并不是一个洞、其次它也不是黑色的,吸到黑洞里的物质并不是绝对不能返回到外界。现在可以 用广义相对论和闵可夫司基的绝对时空概念 来解释黑洞为什么不是黑色的。

首先关于黑洞的一般概念是,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面“视界”,一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱,则这个质点就被称为黑洞。









让我们追溯最早的黑洞理论,是始于 18 世纪一个叫 John Michell 的牧师,他把 光速和牛顿逃逸速度的理论 结合起来,计算出一个很有意思的天体模型。









如果我们在地球上向上抛一个石头,那么无论多大气力,它都将落回到地球上。但如果我们用一个足够快的速度再把它抛上去,若能摆脱地球引力的束缚,这个速度我们称为逃逸速度,对地球而言,如果不计空气阻力,逃逸速度是 11.2 km /s,即第二宇宙速度。逃逸速度是和引力有关的,而引力是跟质量有关的。所以,若物体的质量越大,则相对应所需要的逃逸速度也越高。

后面就有了这样一个假设,如果有一个天体质量非常巨大,大到需要比光更快的逃逸速度。这时候我们就算在它上面,把一个石头以光速向外抛去,石头的速度仍然达不到逃出天体的逃逸速度。于是,就有了黑洞最原始的概念——连光都无法逃出来的天体。

但这个概念太恐怖了,被当时的教会和天文学会所抵制,以至于人们就没有再研究下去了。












但是,一切在爱因斯坦那个伟大的相对论面前又重新改变了。1905 年应该是爱因斯坦开始辉煌的一年,他在独自研究中抛弃了自牛顿以来一直建立的绝对空间和绝对时间观念,重新树立起了一套新的相对观念。在爱因斯坦面前,有四个概念,空间、质量、时间、光速。牛顿的经典物理学认为,空间、质量、时间是绝对的,光速则是相对的。不过爱因斯坦却不这么认为,他反其道而行之,觉得只有光速才是绝对的,空间、质量、时间都是相对的。于是,爱因斯坦创造了物理历史上最伟大的理论之一,狭义相对论。

狭义相对论由两个基本原理构成:

第一, 光速绝对性原理。无论在任何方向和空间上,光速绝对不变的前提。

第二, 相对性原理。物理学里的一切运动,都必须在同等的视点上处理所有的运动状态。

在以上前提条件下,关于时间和空间,我们从狭义相对论里得出了更惊人的结论。运动的物体,相对速度越快,则长度越短、时间越慢、质量越大,即 尺缩和钟慢效应 。






但这还不足以解决更深层的问题,时空的本质和引力。因为引力才是一切定律的关键。1908 年,闵可夫司基发现了一个重要的理论, 四维时空的绝对性理论 。这是用一种数学的语言描述狭义相对论,但当时爱因斯坦并没有对用数学论证的方法很在意,甚至还嘲笑这个复杂的数学描述。

马上接下来就是引出爱因斯坦第二次走向辉煌的问题,一个关于水星的近日点问题。按照开普勒描述的椭圆轨道,水星应该顺着椭圆型的轨道围绕太阳运转。但几百年来的观测证明,水星每沿轨道环绕一圈后,都不能回到原来的位置上,而是有一点点很小的偏离。这就是水星在近日点上的移动。







这个移动有1.38弧秒,经典牛顿的引力定律可以解释这 1.38 弧秒中的 1.28 弧秒,那是木星和其他行星对水星产生引力作用的结果,但剩下的 0.1 弧秒没任何办法得到解释。

为了使问题得到解决,首先,爱因斯坦建立了一个 “等效原理” ,关于这个等效原理,可以做一个简单的假设,假设你在一个悬崖边上,远处一个小球在被抛到空中的一刹那,你跳下悬崖。这时候,在地面上相对静止的人,看到小球的运动是一个抛物线运动。而正在掉下悬崖的你,看到小球则是一个向上的匀速运动。因为在引力的作用下,你和小球都处于同一个参考系里,则小球受重力的作用和你受重力的作用互相抵消,在这个参考系里,你的运动和小球的运动是不受重力影响的了,就是所谓的失重状态。

然后,爱因斯坦又提出了一个更惊人的理论,就是 引力引发时间膨胀 。在1912 年,爱因斯坦在闵可夫司基的绝对时空理论的前提下,即在我们的宇宙中,只有一个唯一的绝对的四维时空。这样,他能解释得了新理论里的时空弯曲。也就是,离地球近的时空,弯曲曲率比较大,而离地球远的高空上的时空,弯曲曲率比较小。

在此后的三年里,爱因斯坦终于意识到数学方法的重要性,他用数学的方法特别是黎曼几何,来解释了他的新理论,经过计算,在1915年11月25日,广义相对论诞生。

现在,我们就用广义相对论的原理来解释一开始提出来的黑洞理论。引力并不是一种力,它和我们在平时所接触的力有很大的不同。引力的本质,是时空弯曲。也就是,地球并没有拉着或者吸引着我们,而是我们的时空被地球的引力所卷曲、扭转。所以我们需要一种新的几何去计算空间扭曲的状况,从而知道怎么样的扭曲会让光跑不出来。







1916年1月13日,德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)历史性地计算出第一个爱因斯坦方程的解,并建立了史瓦西几何。史瓦西分析了完全没有旋转的星,并得到了任意无旋转球状星体以外的时空曲率。他预言, 每个星体都存在一个依赖于星体质量的临界周长 ,如果减少到这个临界周长,星体就能形成黑洞。

但这里所说的黑洞,并不是光不能逃逸出来,而是引力之大,可以让星体的表面的时空发生强烈的扭曲,以至于时间在那里停止了流动,就好像被冻结了一样。

所以,时空弯曲才是黑洞形成的成因,而时空弯曲也是引力的本质。用时空弯曲的概念去描述黑洞,才比较准确,而不是单纯的引力描述。

结论:

黑洞并不“黑”,它也不是绝对不能被外界所观测到的,相反,黑洞非常非常地漂亮!特别是吸积盘和喷射流黑洞,都非常壮观。黑洞会向外辐射。有的黑洞因为旋转非常快,周围的气体被快速地吸入到视界以内,则会产生巨大的涡流,有的黑洞是双星系,其中一般主星是黑洞,而伴星的炽热气体会被吸入主星内,这样会形成一种非常壮观的吸积盘。同时黑洞附近的时空扭曲非常巨大,使光线产生强烈偏折,形成前所未见的“光盘”景象。


什麽是黑洞

黑洞本质上也是天体。但它是一类特殊的天体。如果是恒星级黑洞,那黑洞是大质量恒星演化后期,经过超新星爆发的方式快速抛去其外层气体后,经过引力坍缩的恒星核。知道第二宇宙速度吧?就是从一个星球表面出发,摆脱一个星球的引力,到宇宙空间去所需要的速度,也叫脱离速度或逃逸速度。地球的第二宇宙速度是11.2千米/秒。就是说,如果从地球上发射一个航天器,如果它的速度达到或超过了11.2/秒,它就能摆脱地球的引力,成为一个在太阳系中遨游的航天器了。不同质量的星球有不同的脱离速度。从万有引力定律就能看出,星球的质量越大,引力越强,摆脱这个星球引力所需要的速度就越高。同时,对于质量相同的星球来说,星球的半径越小,密度越大,引力也越强,表面脱离速度也越高。比如,月球的质量、密度和半径都比地球小,它的逃逸速度就只有2.4千米/秒,而太阳要比地球大得多,所以太阳的逃逸速度高达617.7千米/秒。宇宙中能够达到的最高速度是光速。早在17世纪,就有欧洲科学家提出,可以设想一种星球,它的质量足够大、引力足够强、半径足够小、密度足够高,使它的表面脱离速度达到光速,那么从这个星球上发出的光线就无法脱离星球表面,跑到星球外边去;外来的任何物质,包括光线也会被这个星球完全吸收,不会有光线反射出来。这时,这个星球不管能发出多强的光,都不可能被看到--它是黑的。就是说,用牛顿力学解释,黑洞就是表面逃逸速度大于等于光速的天体。用爱因斯坦相对论来解释,因为质量能够使时空结构变形或扭曲,改变时空的曲率。而黑洞是时空曲率大到自我封闭,使进入的任何物质,包括光都无法从其事件视界逃脱的天体。上一张图是黑洞的牛顿解释,就是引力能弯曲光线。下一张图是黑洞的爱因斯坦解释,就是黑洞是宇宙中时空弯曲到自我封闭的一个区域。两张图中的各条光线可以一一对应。一颗恒星要变成一个黑洞,是有条件的。要形成黑洞,其原恒星的质量不能小于7倍太阳质量,并且引力坍缩的恒星核质量不能小于3.4倍太阳质量。大质量恒星到了演化的晚期,会成为一颗红超巨星。当恒星中的所有核聚变原料都用完时,恒星中的核聚变反应停止,恒星核中全是铁元素,向外阻止恒星收缩的辐射压消失,恒星外面的物质就会向内急剧收缩,在撞到中心的铁核时,由于铁核不能被压缩,这些物质就像是撞到一堵无比坚硬的墙,就会以几乎的速度被反弹出去,反向冲出恒星,好像是恒星发生了一次无比巨大的爆炸一样。这种现象叫超新星爆发。超新星爆发会使恒星损失大部分质量,只剩下少部分的恒星核,在外面物质的撞击能量下继续收缩。此时,如果剩下的恒星核的质量大于3.2倍太阳质量,它就会在引力作用下坍缩为一个密度无限大、尺度无限小的点,这个点叫奇点。由于它的半径是零,而密度又无限大,它的引力就可以强大到连光线都能够吸引住。或者说,它周围的时空已经弯曲到它自身周围,自我封闭了起来,并形成的一个区域,叫视界。任何进入视界的物质和光线都无法再离开,自身发出的光线也无法脱离。这个区域就成为了一个黑洞。这就是黑洞。理论上,除了大质量恒星演化到末期能够形成黑洞外,在宇宙大爆炸极早期,物质刚刚形成时,因为物质密度过高,也可能形成一些大小如同一个基本粒子、质量如同一座大山的极小的黑洞,叫量子黑洞。但这种黑洞目前还没有发现。另外就是在星系中心,同样由于物质密度极高,在星系形成时也会在星系中心形成一个极大质量黑洞。例如,在我们银河系中心,就有一个质量为太阳质量400多万倍的超大质量黑洞。大多数星系中心都有这样一个黑洞。

什么是黑洞?里面都有什么啊?

黑洞里面有很多物质。黑洞可以吸收任何东西,而且似乎没有极限。 只要黑洞处于它的势力范围(视界)中,它有多少并不重要,重要的是它吞噬了多少。黑洞可能变得越来越小,而不是改变。 黑洞中的物质一直在向内移动,可能越来越慢,但由于其自身的塌缩空间效应,黑洞中的物质一直在向内移动,甚至是刚从外部进来的物质也是如此。每当有东西靠近这个物体,它就会把它拖进去,然后继续向内移动。黑洞不仅会吞噬和吐出物质。霍金的黑洞蒸发理论提到,黑洞也会向外发射物质,由于这种物质的发射,黑洞“死亡”了。 一般来说,黑洞质量越大,它的生命周期就越短。 霍金的黑洞蒸发理论: 黑洞在真空中的事件视界并不是真空的,而是有真空波动的,随机产生了大量的正粒子ーー与具有正能量的粒子相对的反粒子,一定有负能量,而其他具有负能量的粒子不可能存在很长时间,它一定在很短的时间内,有正能量粒子相结合,相互湮灭,归于虚无。 黑洞的事件视界出现了,部分粒子可能会被强大的重力分离到黑洞中,由于负能量粒子一直负债累累,当然,没有抵抗强大重力的力量,只能落入黑洞中,带有正能量的粒子,部分可以有机会逃脱黑洞的束缚,出现在黑洞的外面,就像黑洞会出现放射性粒子一样。由于落入黑洞的负能量粒子比正能量粒子多,平均而言,黑洞的质量会被负能量粒子吃掉,导致黑洞的质量下降。 黑洞越小,黑洞蒸发得越快,最后消失在宇宙中。注意,带负能量的粒子可以是正粒子,也可以是反粒子。

黑洞是什么颜色的

黑洞实际上并不是一个洞,而且也没有实际存在的颜色,理论上来讲黑洞是没有颜色的。由于人类观察黑洞的时候是通过视觉效应,因此黑洞的颜色只是其他物体反射的光。黑洞是宇宙中神秘的现象,还有很多未知的秘密等着人类去探索。

黑洞没有颜色

黑洞实际上并不是一个洞,而且也没有实际存在的颜色,黑洞的密度和曲率是无限大的。在黑洞的外面有一个半径不确定的事件视界,任何物质和辐射都会落进这个视界中,连光也会落入,黑洞中没有光,所以没有颜色。

虽然从理论上讲黑洞是没有颜色的,但是人类看到的黑洞一般都是黑色的,那是因为人类观察黑洞的时候是通过视觉效应来观察的,所以会有颜色。黑洞的颜色只是由其他物质的反射的光,所以黑洞实际上是没有颜色的。

黑洞形成后将宇宙分成了两个不同的时空,黑洞的视界外是人类可以看到和探索的物质能量区域,而黑洞视界内是人类无法观测和探索的区域。黑洞是宇宙中神秘的现象,宇宙中还有很多未知的秘密等着人类去探索。