十万个为什么的科普知识-什么是黑洞

来源:网络 发表时间:2018-06-21 13:06

  黑洞,在天文学中,是一个出现较晚的概念,由于它的神秘性,令天文学家惊叹不已。黑洞是大部分只能够在想象中看到的现象,那么什么是黑洞?小编为大家准备了相关的资料,接下来就让小编带大家一睹为快!

  什么是黑洞

  几十年以前,科学家们根据爱因斯坦广义相对论的理论形容,预言了一种叫做“黑洞 ”的天体。黑洞是一种非常奇怪的天体。它的体积很小,而密度却极大,每立方厘米就有几百亿吨甚至更高。假如从黑洞上取来小粒米那样大小一块物质,就得用几万艘万吨轮船一齐拖才能拖得动它。如果使太阳变成一个黑洞,那么它的半径就将收缩至不到3000米。因为黑洞的密度大,引力极其强大,黑洞内部所有的物质,包括速度最快的光都逃脱不掉它巨大的引力。不仅如此,它还能把周围的光和其他物质吸引过来。黑洞就像一个无底洞,任何东西到了它那儿,就不用想再“爬”出来了。给它命名为“黑洞”是再形象不过了

  宇宙三怪:黑洞?白洞?空洞

  黑洞。最初指出黑洞存在,并假设为一个质量很大的神秘天体,是在1798年,当时法国的拉普拉斯利用牛顿万有引力和光的微粒学说提出这一见解。

  1915年,德国的科学家史瓦西根据爱因斯坦广义相对论原理,“证实”了黑洞的存在。其后,又经过美国的原子弹之父奥本海默等人的创造性研究,终于在1939年首次提出比较明确的黑洞理论。到了70年代,世界着名的物理学家霍金,把量子力学与广义相对论结合起来,进行黑洞表面量子效应的研究,使黑洞理论研究向前推进了一步。

  什么是黑洞呢?简单地说,它是一种特殊的天体,具有极其强大的引力场,以致任何东西,甚至连光都不能从中逃逸,成为宇宙中一个吞食物质和能量的“陷阱”。黑洞的成因假说,目前较有影响的主要有以下三种:

  坍缩说。一个内部核燃料全部耗尽的晚年的恒星,当它向外的光热辐射再也抵挡不住自身的引力时,星体便开始向内坍缩。当星体坍缩时的质量小于太阳的1.3倍,它就演化成白矮星;当其质量大于1.3倍而小于3倍太阳质量时,它就成为中子星;只有当其质量大于太阳的3~50倍时,它即坍缩为一个“常规黑洞”。

  碰撞说。在宇宙空间,星系或球状星团的中心部分恒星密集,容易发生星体之间大规模碰撞。一些大质量恒星无情地“吞食”一些小恒星,由此产生的“超巨质量”恒星反而加速“老化”,它坍缩后就成为质量超过太阳1亿倍的“巨型黑洞”。

  原生说。在大爆炸后的“早期宇宙”中,猛烈的爆炸力把一些物质压聚成许多质量微小(10-5克),但密度很高(1093克/立方厘米)的“量子黑洞”。它们通过吸积、吞食周围物质和能量长大,有的可以长成质量大于几 十亿吨的“原生黑洞”。这些原生黑洞有的迅速爆炸消亡了,有的却至今仍“流浪”在宇宙之中。有人甚至认为,1908年西伯利亚“通古斯大爆炸”,就是其中一个“流浪者”与地球“擦肩而过”所造成的“麻烦”。

  宇宙中到底有多少个黑洞呢?一些天文学家通过各种假定,计算了银河系辐射的(伽玛)射线能量的总额,得出一个近似数值:如果黑洞的质量是太阳质量的10倍,那么,在银河系中黑洞不超出10万个。现在,通过发射人造天体和地面观测,已继续发现一些可能是黑洞的可疑天体。如天鹅座 x--1天体、鹿豹座双星系之暗星、猎户座的NGC4151和本文开头提到的NGC7457等等,就都属于黑洞。

  一般来说,黑洞的寿命也是有限的。黑洞越小,寿命越短。质量与太阳差不多的黑洞,寿命为1065年;质量为10亿吨的小黑洞,寿命约100亿年;而质量为3000吨的“原生黑洞”,却是个寿命仅几十秒的“短命鬼”。黑洞 一旦到了生命的最后时刻,就会以一场猛烈的爆炸而告终。而在此“反坍缩”式爆炸中,可能会有一种新的神秘天体诞生,这就是--

  白洞。白洞,是与黑洞性质刚好相反的另一种特殊天体。它拒绝任何外来物质进入它的内部,而只允许它里面的物质和能量向外辐射出去。因此,白洞可说是宇宙中一个发射物质和能量的“源泉”。

  白洞也是很强的引力源,它可以被普通的恒星所吸引,也可以吸引其它天体。周围的尘埃、气体和能量被它不断吸引到自己边界上来,但一概拒绝入内,只能在边界外停留,形成一个包围它的物质层。白洞把这些物质加速到很高速度,使之具有一种向外喷射的趋势。

  白洞既然不吸积外来的物质和能量,那么,它里面超高密度物质最初是怎么来的呢?

  科学家们普遍认为,自从大爆炸以来,我们的宇宙在不断膨胀,密度在不断减少。因此,现在正在膨胀着的天体和气体乃至整个宇宙,在200多亿年以前,是被禁锢在一个“点”(流出奇点)上,原始大爆炸后开始向外膨胀,当它们冲出“视界”的外面,就成为我们看得见的白洞。

  与上述相反的一种观点认为,由于原始大爆炸的不均匀性,一些尚未来得及爆炸的致密核心可能遗留下来,它们被抛出以后仍具有爆发的趋势,不过爆发的时间推迟了,这些推迟爆发的核心??“延迟核”就是白洞。

  也有人认为,白洞可能是黑洞“转化”而来。就是说,当黑洞的坍缩到了“极限”,就会经过内部某种矛盾运动质变为膨胀状态--反坍缩爆炸,这时它便由向内积吸能量,转变为从中心向外辐射能量了。

  最富吸引力的一种观点认为,像宇宙中有正负粒子一样,宇宙中也一定存在着与黑洞(负洞)相同,而性质相反的白洞(正洞)。它们对应地共生在某个宇宙膨胀泡的泡壁上,分属两个不同的宇宙。

  由于我们的宇宙中存在着10万多个黑洞,同样也可能存在着数目相等的白洞。于是,在宇宙继续膨胀过程中,白洞周围一些质量稍许密集区域就变得更加密集;黑洞周围的一些质量稍微稀薄的区域就变得更加空虚。这些大片空虚的区域就是空洞。简单地说,空洞就是宇宙中相对的质量“空白”区域,在这个空白区域内,几乎完全没有星系存在。观测表明,宇宙中确有这样大大小小的空洞。

  宇宙空洞的发现,表明了自大爆炸以来,宇宙中星系的分布,已从均匀逐渐走向不均匀。这对黑洞(白洞)理论的发展和理论宇宙学的研究,都有着极大的意义。

  数学黑洞

  在古希腊神话中,科林斯国王西西弗斯被罚将一块巨石推到一座山上,但是无论他怎么努力,这块巨石总是在到达山顶之前不可避免地滚下来,于是他只好重新再推,永无休止。着名的西西弗斯串就是根据这个故事而得名的。

  什么是西西弗斯串呢?也就是任取一个数,例如35962,数出这数中的偶数个数、奇数个数及所有数字的个数,就可得到2(2个偶数)、3(3个奇数)、5(总共五位数),用这3个数组成下一个数字串235。对235重复上述程序,就会得到1、2、3,将数串123再重复进行,仍得123。对这个程序和数的“宇宙”来说,123就是一个数字黑洞。

  是否每一个数最后都能得到123呢?用一个大数试试看。例如:

  88883337777444992222,在这个数中偶数、奇数及全部数字个数分别为11、9、20,将这3个数合起来得到11920,对11920这个数串重复这个程序得到 235,再重复这个程序得到123,于是便进入“黑洞”了。

  这就是数学黑洞“西西弗斯串”。同学们努力学习,去探索、发现其中的奥秘吧!