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2018年3月14日,偉大的物理學(xué)家史蒂芬?霍金去世?;艚鹕疤岢龊芏嚓P(guān)于黑洞的理論,給科學(xué)界留下了珍貴的研究資料,也給我們留下了很多關(guān)于黑洞的好奇和想象……黑洞也許是宇宙中最“霸蠻”但又很神秘的存在。說它“霸蠻”,是因?yàn)樗柏澇浴?,可以吞噬臨近區(qū)域的任何物質(zhì);說它“神秘”,是因?yàn)檎娴暮芎闷?,如果人掉進(jìn)黑洞,會(huì)不會(huì)嚇得立馬“當(dāng)場去世”?黑洞真的不挑食,難道不會(huì)被“撐死”嗎?
黑洞是什么?它是如何形成的? 黑洞屬于一種很奇異的天體,即使光也無法逃脫它的引力束縛,既然光也逃不出去,自然外面也看不見。別說用肉眼,就連很多高大上的科學(xué)儀器,都無法捕捉它的身影。 黑洞的形成和恒星的坍塌脫不了關(guān)系。中國古代就有記錄,某一天天空突然冒出了一顆特別亮的星星。后來我們才知道,那顆星星是因?yàn)椤绑w重”超標(biāo),在自身重力的作用下自己塌陷了,同時(shí)伴隨著強(qiáng)烈的輻射,我們才看到它發(fā)出的很亮的光。 總結(jié)一下,質(zhì)量比較大的恒星,當(dāng)其能量耗盡就會(huì)變成一個(gè)黑洞。那質(zhì)量小一點(diǎn)的恒星呢?在能量耗盡后,會(huì)變成中子星,再小點(diǎn)的就會(huì)變成白矮星。 對(duì)黑洞的研究始于何時(shí)? 黑洞研究已有100年歷史,愛因斯坦提出廣義相對(duì)論后,科學(xué)界開始了對(duì)黑洞的嚴(yán)肅研究。嗯?難道之前的研究都是鬧著玩的? 1783年,英國牧師兼自然哲學(xué)家,地震學(xué)之父約翰?米歇爾的人提出了一個(gè)和“黑洞”特性相近的疑問,但在當(dāng)時(shí)有很多問題大家還沒弄清楚,就沒有“嚴(yán)肅對(duì)待”米歇爾的說法。 事情在1915年發(fā)生了轉(zhuǎn)變,那一年愛因斯坦廣義相對(duì)論正式發(fā)表,提出了一個(gè)大膽的假設(shè),這個(gè)假設(shè)其實(shí)就是我們今天提到的“黑洞”。四年后,1919年,英國人證明了愛因斯坦這個(gè)假設(shè)是對(duì)的 直到1967年,美國物理學(xué)家約翰?惠勒正式開始使用“黑洞”一詞。 如果人類掉進(jìn)黑洞會(huì)怎么樣? 黑洞里面仍然有時(shí)間和空間,有可能黑洞真的是長生不老,而且會(huì)長得越來越大,越來越胖。 接下來是開腦洞時(shí)間:如果宇航員駕駛一艘非常結(jié)實(shí)、不會(huì)被引力壓壞的飛船進(jìn)入黑洞,會(huì)發(fā)生什么呢?科學(xué)家會(huì)嚴(yán)肅地告訴你:首先,飛船是否結(jié)實(shí)不是關(guān)鍵,宇航員自己是否結(jié)實(shí)才是最關(guān)鍵的。 事實(shí)上,一旦“掉”進(jìn)黑洞,宇航員會(huì)感受到沿著下落方向的巨大拉伸力,估計(jì)就像是一個(gè)人被沿著頭和腳的方向用力拉扯吧!如果他進(jìn)入的黑洞的質(zhì)量比較小,宇航員會(huì)被“扯”成面條。如果他進(jìn)入的黑洞質(zhì)量很大,開始進(jìn)去時(shí)他可能不會(huì)有太多的感覺。但是進(jìn)去之后就會(huì)一直往黑洞的中心奇異點(diǎn)落去,直至最后粉身碎骨, 至于接下來會(huì)發(fā)生什么或恐怖或奇妙的事情,我們就不得而知了。 黑洞這么“貪吃”,它真的能裝下這么多東西? 我們?cè)陂_頭提到,黑洞會(huì)吞噬臨近區(qū)域的任何物質(zhì),不禁讓人疑惑,它真的是“肚里能撐船”,裝得下“一切”嗎? 1974年,物理學(xué)家史蒂芬?霍金提出了黑洞的輻射理論,即霍金輻射 。根據(jù)這個(gè)理論,黑洞會(huì)通過霍金輻射損失一部分質(zhì)量和能量。 雖然霍金輻射會(huì)讓黑洞“冒汗”,但是消耗的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上它們貪吃的量,所以也就根本無法減肥。 事實(shí)上,宇宙中的所有物質(zhì)最后都可能落入到這些貪吃的黑洞的內(nèi)部,到那時(shí)候,宇宙中就真的是漆黑一片了。 讓我們先掙脫想象,回到現(xiàn)實(shí),嚴(yán)肅地科普一下目前關(guān)于黑洞的研究進(jìn)展。 目前,人類在銀河系已發(fā)現(xiàn)近20個(gè)恒星級(jí)黑洞,而銀河系中預(yù)計(jì)共有1000萬個(gè)黑洞。我國科學(xué)家也在堅(jiān)持不懈地努力,利用我國的重大科學(xué)裝置郭守敬望遠(yuǎn)鏡(大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡,即LAMOST)去發(fā)現(xiàn)銀河系中更多的黑洞。 我們對(duì) 黑洞的研究這么上心,對(duì)科學(xué)的發(fā)展有啥意義呢? 科學(xué)家說了,對(duì)黑洞的研究就是我們要理解這方面自然規(guī)律,其中重要的方面就是理解量子力學(xué)和引力理論的關(guān)系以及黑洞在宇宙演化中的作用。 這也不是說黑洞比其他現(xiàn)象重要,只是很多人對(duì)這個(gè)感興趣,而很多東西我們又還不理解,所以進(jìn)行研究。至于弄清楚后,能否實(shí)現(xiàn)時(shí)空旅行等人類美好的愿望,就是應(yīng)用問題了。 出品 | 網(wǎng)易科技《知否》欄目組 |
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