黑洞动力学

       为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界，我们需要讨论广义相对论。

　　广义相对论相关　广义相对论是创建的引力学说，适用于行星、恒星，也适用于“黑洞”。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说，说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之，广义相对论说物质弯曲了空间，而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。 　　让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先，考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的^[2]（虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向，但我们可以尽力去想象）。其次，考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。 　　 爱因斯坦的学说认为质量使。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景：石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些，虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块，则将产生更大的效果，使床面下沉得更多。事实上，石头越多，弹簧床面弯曲得越厉害。 　　同理，宇宙中的大质量物体会使发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样，质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使得厉害地多。 　　如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动，它将沿直线前进。反之，如果它经过一个下凹的地方 ，则它的路径呈弧形。同理，天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进，而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。 　　黑洞对于其周围的时空的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大大地影响床面，不仅会使其表面弯曲下陷，还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以宇宙出现，若宇宙中存在黑洞，则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。 　　为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球，会掉进大石头形成的深洞一样，一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且，若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。 　　我们已经说过，没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。xx的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度，有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理，一切比其周围温度高的物体都要释放出热量，同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量，黑洞释放能量称为：“霍金辐射”。黑洞散尽所有能量就会消失。 　　处于时间与空间之间的黑洞，使时间放慢脚步，使空间变得有弹性，同时吞进所有经过它的一切。1969年，美国物理学家约翰·阿提·惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。 　　我们都知道因为黑洞不能光，所以看不见。在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的。但英国xx物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑。通过科学家的观测，黑洞周围存在，而且很可能来自于黑洞，霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子，这些粒子在太空中成对产生，不遵从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后，有的就会消失在茫茫太空中。一般说来，可能直到这些粒子消失时，我们都未曾有机会看到它们。 　　霍金还指出，黑洞产生的同时，实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中，另一个则会逃逸，一束逃逸的实粒子看起来就像一样。对观察者而言，看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。 　　等恒星的半径小于一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指任何物质一旦掉进去，就再不能逃出，包括光。实际上黑洞真正是“”的．(其实黑洞也不是隐形，因为“隐形"是指光可以通过该物体。而光不能通过黑洞。） 　　黑洞与虫洞　据{zx1}的研究声称，科学家认为黑洞可能是通往其他宇宙的虫洞。如果这一理论是正确的，将会有助于解释例如黑洞等量子难题，不过批评家指出这也会产生新的问题，例如虫洞是怎么形成的等等。 　　黑洞是一种拥有强大引力的物体，任何物体——即便是光——在进入其事件边界之后都不能逃逸出来。根据爱因斯坦的广义相对论，黑洞可以由任何物质形成，只要能够坍缩到足够小的空间内。 　　不过来自Bures-sur-Yvette地区法国高等科学研究所(Institut des Hautes Etudes Scientifiques)的物理学家Thibault Damour和来自德国Bremen国际大学的Sergey Solodukhin提出一个新的观点，即这些所谓的黑洞其实就是虫洞。 　　虫洞是连接时空架构中两个不同地方的弯曲通道。如果你把宇宙想象为一个的纸张，虫洞就是连接这张纸片和另一张纸片的小通道。也就是虫洞连向的是一个拥有自己星星、星系等的另一个宇宙。 　　引起空间扭曲的小球在我们三维世界的例子就是黑洞。黑洞事实上是存在于的一种现象，或者说，黑洞是连接三维世界与四维空间的通道（当然绝不是说“如果谁要去四维空间，就请往黑洞走”，那样只会“死无全尸”而已）。我们有可能通过对黑洞的深入研究，找到克服四维空间的办法，那样的话，就不再是梦想了。 　　现在科学家已经证实，黑洞的存在确实会令周围的空间极度扭曲。根据广义相对论，光线在正常的空间里以直线传播，但当空间扭曲时，光线会随着空间扭曲的方向而扭曲。如果能给一束射进黑洞的光线拍照的话，我们就会发现，光线呈螺旋形指向黑洞中心，因为黑洞的巨大质量已使周围的空间扭曲得不成形了。 　　黑洞与白洞 科学家们提出设想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存在“”。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去，而白洞可以把这些东西都吐出来。科学家们设想，黑洞与白洞是连在一 起的，黑洞把物质吸进去，物质在里面会经过一个叫做的东西（至于为什么叫做奇异点，是因为物质经过它时受到的压力是无限大的)，然后物质就到达了白洞的“管辖范围”，会被白洞“吐”出来。然后物质就到达了另一个宇宙（到达婴儿宇宙）。 　　黑洞与地球　黑洞没有具体形状，你只能根据周围行星的走向来判断它的存在。虽然它有强大的但与此同时这也是判断它位置的一个重要证据，就算它的“正式边界”还离我们很远，我们也没有任何手段能够挽救（除非我们能够在受到它的引力作用前抛弃地球，但是科学不是科幻小说，抛弃地球的可能性在未来很长一段时间内仍然十分渺茫）。这也是人类研究它的原因之一。 　　恒星,白矮星,中子星,,黑洞是依次的五个密度当量星体,密度最小的当然是恒星,黑洞是物质的{zj2}形态,黑洞之后就会发生,能量释放出去后,又进入一个新的循环. 　　黑洞信息守恒与霍金辐射 黑洞信息守恒：黑洞中的信息被包围在黑洞中，不能出来。 　　霍金辐射：围绕一个虫洞旋转的物质，其方式和围绕黑洞的旋转的物质一样，因为这两种天体都以相同的方式扰乱了其周围的物质运动。 　　黑洞趣事 假如银河系被黑洞吸收：根据广义相对论，引力越强，时间越慢，物体的长度也缩小。假如银河系被一个黑洞所吸引，在被吸收的过程中，银河系会变成一个米粒大小的东西。银河系里的一切东西包括地球都按相同比例缩小。所以在地球上的人看来，银河系依旧是浩瀚无边。地球上的人依旧照常上班学习，跟他们在正常情况下一样。因为在他们看来，周围的人和物体和他们的大小比例关系不变。他们浑然不知这一切都发生在一个米粒大的世界里。但因为黑洞周围引力巨大，任何物体都不能长时间待留。假如银河系被一个黑洞所吸引，地球上的人只有几秒的时间去体验{dy}个现象． 　　对黑洞的疑问　黑洞的存在要基于光是粒子，受万有引力的作用而不能逃离黑洞。在中，对光是粒子的论据，进行的多方面的质疑。该理论有一个缺陷，绝大多数人认为脱离地球引力，一定要有{dy}宇宙速度，这是宏观认识的疏忽，空气脱离地球引力，飘散到太空，从来不需要{dy}宇宙速度。尤其是氢气，几乎是被其它气体赶出地球的，想挤回来都不行，根本称不上逃离。 　　此外，稳定的黑洞外将有一层厚厚的大气层，而大气层的外面将会富集氢气，从而引发核聚变，一个恒星的形象将出现在我们面前。如果是不断塌缩的黑洞，宇宙的一切将被它吞噬，直到引发另一次爆炸。 　　而恒星的末期，都会产生爆炸，使其不会无限度增大质量，人类已经观测到很多实际例证，但恒星爆炸对物质的冲击，都未引起导致黑洞形成的塌缩力，那么想象黑洞自然形成，是否有些过于乐观？ 　　如果掉进黑洞里 一些科学家假象了宇航员坠入黑洞的情景。事实上，宇航员在没有进入黑洞时，就是被引力差撕碎（黑洞作用在他头上和脚上的力的差如此之大）。但是，如果黑洞的 质量足够大，他还是有希望进入黑洞内部的。 当宇航员被黑洞吸入后时，他自己并不会感到有什么异常现象（假如他不被撕碎），就算他掉进视界里。当他到达压力的极点时，他最终还是被撕碎了。 　　黑洞的碰撞 　　一项{zx1}研究显示，使用现有的天文设备能够观测到超大质量黑洞碰撞后形成的持续“红外线晚霞”，这种晚霞能够持续发光10万年。这项研究有助于科学家更早地发现黑洞发生碰撞的迹象。 　　超大质量黑洞的质量是太阳的数百万至数十亿倍，通常它们出现在像银河系或更大的星系中心位置。像这样的碰撞属于宇宙中最猛烈的现象，黑洞碰撞后产生的能量远超出宇宙所有恒星的能量之和。碰撞所形成的能量通常被认为以重力波形式释放，在太空星系结构形成难以捉摸的波纹，这些能被天文观测装置探测到。 　　只释放红外线 　　研究人员称，美国宇航局“斯皮策”太空望远镜具备红外线探测能力，可观测到此类红外线发光呈现绚丽晚霞的景象。施尼特曼说，“不同于其他太空红外线来源，刚碰撞的黑洞不会发出X射线或紫外线，我们只需要找到红外线来源即可。”未参与此项研究的哥伦比亚大学天体物理学家克里斯坦·蒙诺尤称，这是一项非常吸引人的天文学研究。 　　施尼特曼和克罗利克估计目前宇宙存在着超大质量黑洞碰撞形成的10万多个可观测红外线来源。他们向《天体物理学杂志》提交了这项研究。 　　有朝一日天文学家将探测到由超大质量黑洞碰撞发出的重力波，由于这种重力波的频率非常低，目前激光干涉仪重力波天文台(LIGO)无法探测到重力波的存在。 　　■银河系的中心——黑洞！ 　　北京时间9月18日消息　据国外媒体报道，美国国家航空航天局日前宣布，天文学家们在紧邻的区域发现了数十颗庞大而且非常明亮的恒星。 　　这一发现让专家们感到万分惊奇：要知道在银河系的中央存在着一个巨型黑洞，此前流行的理论认为，在黑洞附 近是不可能存在任何天体的。 　　能够发现这些恒星还要感谢美国的“钱德拉”X射线太空望远镜。它们距离银河系的中心区域只有95亿公里（小于1光年）。要补充的是，地球到银河系中心黑洞的距离大约为2.6万光年。 　　此次发现的这批恒星的体积大约是太阳的30－50倍，亮度则达到了后者100倍。天文学家们认为，这些恒星可能会发展为超xx并发生爆炸。随后，它们将在自身巨大引力的作用下发生收缩、塌陷，最终会演变为一群小型的黑洞。 　　通常情况下，身处黑洞附近的天体均会逐渐地被黑洞所吞噬，并最终消失的无影无踪。天文学家们认为，巨型黑洞均处于各个星系的中央部位。 　　众所周知，包括恒星在内的任何物质一旦陷入黑洞的引力场都会消失的无影无踪。但是科学家们新近的这一重大发现却表明，围绕在黑洞周围一定距离上的盘状气态物质也有可能演化为恒星。 　　中国科学院百人计划入选者，上海天文台星系与宇宙学研究中心研究员沈志强博士领导的一个国际天文研究小组，通过对位于我们银河系中心被称为（Sgr A）的射电发射源的高空间分辨率观测，发现了支持“银河系中心存在超大质量黑洞”观点的迄今为止最令人信服的证据。 该研究成果刊登在2005年11月3日出版的英国《自然》周刊上。（详见：Nature，2005年，438期，62页） 　　新形态的黑洞 　　新的状态的黑洞通过X-射线射线，{zh1}的能量被证实，但是，在X-射线之前黑洞附近的材料是被吸入的黑洞，通过X-射线望远镜的侦查派出，并且光谱仪的，也许确定黑洞大小和活跃程度。 由于未知的起因，这种新的状态的黑洞可能是几个轻量级黑洞会成为，这些轻量级的黑洞有百万个想法在M82星系，合并成较大中等黑洞。 　　巨大黑洞 　　所谓“巨大黑洞”是指质量超过太阳100万倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞，那么在它周围的物质亦应当像绕太阳旋转的行星那样，遵循“开普勒行星运动三定律”，就在NGC4261、室女座M84星系、室女座M87星系等星系中心发现了高速旋转的气体。 　　根据，气体的旋转速度应与其围绕天体的质量的平方根成正比，与旋转半径的平方根成反比。如果能够确定旋转速度和半径，就能求出哪个天体的质量，NGC4261旋转半径为300光年以内，质量约为太阳质量的20亿倍；M84星系旋转半径为30光年以内，质量约为太阳质量的3亿倍；M87星系旋转半径为15光年以内，质量约为太阳质量的30亿倍。计算结果应当是令人吃惊的！10亿倍太阳质量的黑洞的半径大约为10天文单位，也就是1光年的一万分之一。所以，哈勃太空望远镜的观测结果与黑洞的半径相比较，还没有把握住黑洞的外侧。 　　，有关科学家与美国史密森尼安天文台合作，使用超长基线电波干涉仪群观测猎犬NGC4258星系的中心区域，发现在NGC4258星系中心仅0.3光年的区域内，就存在相当太阳质量3600万倍的质量，而且获得了迄今为止最的旋转速度。由此，星系中心存在巨大黑洞的可能几乎转瞬间便具有了可能性。同年，科学家们进行了对确认巨大黑洞具有决定意义的观测，证据是通过日本的观测得到的，观测对象是名为“MCG-6-30-15”的一个活跃星系。观测结果表明，来自这个星系中心的X射线发生了“引力红移”，这是非黑洞无法解释的。 　　所谓“”是在强引力作用下，时间似乎变慢的可用广义相对论解释的现象，在这种现象中光波长变长。这个现象被确认其意义就相当于直接观测到黑洞。科学家从此得到了巨大黑洞存在的强有力的证据，任何星系都存在巨大黑洞。 　　黑洞xx2001年1月，英国圣安德鲁大学xx科学家乌尔夫·利昂哈特宣布他和其他英国科研人员将在实验室中制造出一个黑洞，当时没有人对此感到惊讶。然而俄《真理报》日前披露俄罗斯科学家的预言：黑洞不仅可以在实验室中制造出来，而且50年后，具有巨大能量的“”将使如 今人类谈虎色变的“”也相形见绌。 　　“人造黑洞”只能吞光线 　　人造黑洞的设想由威廉·昂鲁教授提出，他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的速度超过音速，那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞现象。但利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足够的引力，除了光线外，无法像真正的黑洞那样“吞下周围的所有东西”。 　　黑洞xx可以造成10亿人死亡 　　俄罗斯科学家亚力克山大·特罗菲蒙科认为，能吞噬万物的真正宇宙黑洞也xx可以通过实验室“制造出来”：一个原子核大小的黑洞，它的能量将超过一家核工厂。如果人类有{yt}真的制造出黑洞xx，那么一颗黑洞xx爆炸后产生的能量，将相当于无数颗原子弹同时爆炸，它至少可以造成10亿人死亡。” 　　据俄媒体透露，俄罗斯太空学家们早就开始xx于黑洞现象的研究，在俄罗斯太空学会为俄军事院校21世纪军人编的一部教科书上，就有几章专门涉及“黑洞知识”。 　　“黑洞”无疑是本世纪{zj1}有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的{zx1}成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。