一个你永远无法知晓的地方,同时也是最神秘的地方!

哈喽大家好,我是涛涛随记(www.dtyw.net)。好久不见。欢迎你的到来!爱因斯坦的广义相对论就像一座华丽的宫殿,看起来非常宏伟。他只通过几个简单的假定就把宇宙的一般规律给总结出来。例如光的弯曲就已经被测量到了,和广义相对论给出的计算结果几乎是一致的,大爆炸也通过宇宙微波背景辐射得到了验证。那随着宇宙常数的介入,宇宙加速膨胀的问题也得到了合理的解释。对于宏观宇宙的解释,爱因斯坦的相对论几乎是完美的。但是我们前面也提到了广义相对论解释了宇宙的一般规律,但是宇宙,不光是一般的,还有很多二般的。今天我们就来聊一聊这个困扰了爱因斯坦一生的终极难题-黑洞。

在聊黑洞前的,我介绍几个基本的概念,首先,第一宇宙速度是在地面附近绕地球做匀速圆周运动所需的最低速度,也就是7.9公里每秒。例如那绕着地球飞的那些卫星,就是这样。第2宇宙速度是挣脱地球引力束缚所需的最低速度,也就是11.2公里每秒,例如登月的那些探测器,就是这个。第三宇宙速度是摆脱太阳引力束缚所需的最低速度,也就是16.7公里每秒,例如正在逃离太阳系的旅行者二号。第四宇宙速度是摆脱银河系引力束缚所需的最低速度,也就是525公里每秒。目前人类还没有任何一个飞行器可以达到这个速度。

除了第一宇宙速度以外,剩下了三个都是为了摆脱引力束缚。这种速度就叫做逃逸速度,天体引力越大,所需的逃逸速度就越大。1783年,英国天文学家约翰米歇尔就提出了这样一个概念:他说,如果一颗恒星可以变得足够大,大到其逃逸速度等于光速的话,那么这样的话,连光都无法逃脱。那如果是这样,这个物体从外部世界来,应该是观测不到的,这个就是最初黑洞的概念雏形。那么问题来了,怎样的天体可以做到呢?

1916年,德国天文学家卡尔史瓦西给出答案,他第一次提出了史瓦西半径的概念。史瓦西半径在万有引力和广义相对论中都是一个非常重要的概念。简单来说的话,就是任何具有质量的物体都存在一个临界半径值。如果这个物质被压缩到该半径值以内,那么该物质将会在自身重力作用下,将自己压缩成一个起点,这个临界半径值就是史瓦西半径。太阳的史瓦半径是三公里,那是不是意味着太阳最终会变成一个半径三公里黑洞呢?很遗憾,做不到,为什么会这样呢?因为太阳的质量不够大。当它燃烧殆尽以后,因为它的质量不够大,自身的重力无法将它坍缩成史瓦半径以内,所以最终无法形成黑洞,那质量在1.4倍的太阳以下的恒星都会像太阳一样,最终变成一颗白矮星。质量在1.4倍的太阳到三倍的太阳之间的恒星最终会变成中子星,而质量大于三倍太阳的恒星最终才会变成黑洞?

我前面说了,史瓦西半径和星体的质量成正比。那太阳的史瓦西半径的是三公里,所以三倍于太阳质量的恒星最终会变成一颗半径九公里的黑洞。根据相对论,当光线靠近如此大质量的天体的时候会发生严重的弯曲,当它距离这个黑洞1.5倍个史瓦西半径的时候,光线将环绕着黑洞以圆形轨道运行,也就是说,光一旦进入到这个距离,他就逃不掉了。这个光就会绕着这个黑洞转圈圈,所以绕着黑洞转圈圈的这些光最终是没有射进你眼睛里,所以黑洞是无法通过肉眼直接观测到的,只能通过间接观测。天文学家们发现黑洞周围的吸积盘会发出强烈的辐射和热量。而且经过黑洞但是又没有因为距离过近被束缚住的光会产生严重的弯曲现象,这样我们就能间接的知道原来那有一个黑洞。

上图所示就是2019年4月10号人类拍摄到的第一张黑洞照片。这个黑洞位于室女座一个巨椭圆星系的中心。距离地球5500万光年,质量是太阳的65亿倍。这张照片的意义非常重大,这是人类首次真正意义上确认了黑洞的存在。

目前人类已知的黑洞有两种,第一种就是我们前面介绍过的恒星黑洞,也就是三倍太阳质量以上的恒星在燃烧殆尽以后,会在自身巨大的引力作用下坍缩成一个黑洞。那在介绍第二种黑洞之前,我问你一个问题,就是我们的银河系为什么没有分崩离析呢?因为在我们银河系中心,就有一个巨大的黑洞,我们的太阳此时此刻正在带领着整个太阳系以240公里每秒的超高速绕着银河系中心的黑洞狂奔。这种黑洞就叫做星系黑洞,这种黑洞一般都是非常巨大的,它的质量一般是太阳的100万倍到几十亿倍不等。如果你想看看银河系中心长什么样?关于这个问题,科学家们早就有想法了,但是根本就看不到。因为在银河系中心有厚厚的尘埃云把它挡得严严实实的。

好,你现在已经很了解黑洞了,那接下来我就教教你怎么利用这黑洞。功能一,黑洞的质量非常巨大,根据相对论,巨大的质量会造成周围时空扭曲,有可能一瞬间就把你送到了小灰人的故乡,如果是这样的呢,你可以上午去谈个合作,下午还能赶回来喝个下午茶。功能二,时空旅行,我们说黑洞会造成时空的扭曲,也就是说我们还可以利用黑洞进行时间旅行。提到时间旅行的话,他就分穿越到未来、回到过去。去未来其实比较简单,你可以靠着黑洞周围巨大的引力,让你的速度无限接近光速,这时候你的时间就相对静止。你的时间虽然相对静止了,但是生活在地球上的人们时间还在1分1秒的流淌。等你在里面玩累了,然后超光速逃逸以后,回到地球一看,我的天,地球已经过去10万年了。

回到过去就要比穿越到未来难不少,首先你要解决一个悖论的问题-祖父悖论,那这个悖论,我相信大家应该都不陌生。就是说,如果你回到过去,你把你的祖父干掉了,那么未来的你就不可能出生了。既然未来的你根本就不存在,你又怎么可能回到过去,去干掉你祖父呢?这个就是祖父悖论,这个逻辑明显不能自洽。那是不是回到过去根本就不可能实现?其实也不一定。如果宇宙存在一种神秘力量可以随时阻止你任何可以改变将来的行动的话,那么你穿越回到同一时间线的过去还是有可能的。

好了,今天就到这结束,谢谢你的阅读,对此你有什么想说的呢?欢迎在下方留言讨论,喜欢我文章的朋友可以点个关注,内容更新时会在第一时间通知。我是涛涛随记,我们下次再见!

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