黑洞實際上是大眾所熟知的,天文學的話題,有許多有關黑洞的科幻影片。
比方說1979年迪斯尼的,科幻影片《黑洞》,在2014年,有《星際穿越》這樣的科幻影片。
由諾貝爾獎物理學獎獲得者Kip Stephen Thorne教授,所設想的一個超大質量黑洞,它的一個影象。
黑洞,它是一個時空之門,與黑洞相關的一個概念蟲洞,我們可以穿過蟲洞去進行時空旅行,那麼對於蟲洞,它也是我們可以通往另外一個宇宙的一個通道,所以說存在不少的科學的狂想。
為何會關注黑洞呢?
黑洞也是一些物理學家和天文學家所感興趣的問題,從天體物理學的角度來看,黑洞與許多極端天體物理事件有關,與宇宙中結構形成的歷史有關。
從物理學的角度來看,黑洞它提供了強場的引力環境,來檢驗廣義相對論在黑洞視介面附近或許會存在有新的物理。
什麼是黑洞呢?
我黑洞像是一種完全由引力,所佔主導的天體,可以說是在時空中的無限深淵。
我們人類歷史上有兩位,最偉大的物理學家,牛頓和愛因斯坦,他們都從事過引力的研究,我們可以基於他們的理論來理解一下黑洞。
基於牛頓理論,我們如何來理解黑洞呢?
在天體的表面,如果發射一個物體,當物體的動能大於勢能的時候,那麼物體才能夠跑到無窮遠才能夠逃逸,我們可以給出逃逸速度。
如果一個光的速度比逃逸速度要小,那麼在天體的表面發出的光,最終仍然會落下來。
這也是早年皮埃爾·西蒙·拉普拉斯,所預言的這樣一種黑暗的天體,由此我們可以定義引力半徑基於廣義相對論。
黑洞我們會認為是時空當中的一個區域,在這樣一個區域,任何物質包含光它都無法逃逸的區域這個區域的半徑,可以用史瓦西半徑來表徵。
從數學形式上來看,這兩個半徑都是一樣的,但實際上它的物理的內涵有所不同,我們可以基於對行星運動的理解,來看這兩個理論的差別。
基於牛頓的引力理論
,我們行星的執行是因為受到太陽的引力,在引力的作用下,引力提供向心力來獲得這樣的圓軌道或者橢圓軌道。
基於愛因斯坦的廣義相對論,我們又該如何理解黑洞呢?
他認為是因為有太陽的存在造成時空彎曲,行星在這彎曲的時空當中做徹底運動。
所以說廣義相對論的核心思想,是用時空彎曲去代替引力場。
我們基於史瓦西半徑的公式,可以結合不同天體,它的質量大小,我們可以把它的史瓦西半徑算出來。
對於太陽我們可以算出,它的史瓦西半徑是三公里,對於我們地球,它的史瓦西半徑只有一釐米左右。
所以如果我們希望把地球,把它壓縮成一個黑洞的話,地球要壓縮到一顆蠶豆的大小。