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[轉貼]黑洞
夏日的微風
帥哥喲,離線,有人找我嗎?
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[轉貼]黑洞
黑洞的誕生
當一顆質量相當大的星體的核能耗盡後,沒有輻射壓力去抵抗重力,平衡態不再存在,這星體將全面塌縮,成為中子星。若其質量仍大於三個太陽質量時,那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力,星體將斷續塌縮至它的重力半徑(rg)範圍之內;這時,引力之大足以使一切粒子,包括光子,都被引回星體本身,不能外逸。這就形成黑洞。

黑洞是一個時空的黑暗區,由一些質量頗大的星體經重力塌縮後所剩餘的東西。它的基本特徵是有一個封閉的視界。這視界就是黑洞的邊界,一切外來的物質和輻射可以進入這視界以內,但視界內任何物質都不能從裡面跑出來。

如我們把一顆石塊向上拋,它會很快跌回地面,我們用點勁拋,它會飛得高一點;假若再加把勁,令石塊向上速度達逃逸速度,它便會直衝出宇宙,一去不返。

恆星質量越大,體積越小,引力的羈絆便越大,所需逃逸速度亦越高。另一方面,愛恩斯坦的相對論斷言宇宙中最高的速度便是光速,所以如所需的逃逸速度大於光速,那麼宇宙中包括光在內的一切都不可能逃離引力的魔掌,這顆恆星便成為黑洞。

不了解廣義相對論,便不能真正了解黑洞。廣義相對論的中心思想是質量會扭曲其附近的時空,質量越大,影響越明顯。牛頓力學認為月球繞地球旋轉,是因為月球受到地球引力的吸引;但廣義相對論的說法則是地球的質量扭曲了附近的時空,月球在不平坦的時空以最自然的方式運行,結果走出了一條繞著地球轉的曲線,情況就如彈珠在不平坦的地面走,會左搖右擺一樣。同樣道理,光線在通過大質量物質 近時,亦不會以直線運行。

重力半徑又稱史瓦半徑 Schwarischild Radius,它只與體的質量成正比。

黑洞是引力極強之地,光線路徑扭曲的程度,足以令光線無法逃跑。在黑洞附近,光線(包括宇宙所有其他物質)能否逃離的分水嶺稱為事件穹界。為甚麼叫事件穹界呢?原因很簡單,由於在事件穹界之內的一切皆不能逃離,所以在這個界限以內發生的一切,將永遠不能為人所知,事件穹界便是事件能為人所探知的極限。對於一個史瓦西黑洞﹐即一個並不自轉和不帶電的黑洞﹐事件穹界的半徑稱為史瓦西半徑(RS),數值的大小只取決於黑洞的質量。

R S = 2 G M / c 2

公式中的M是黑洞的質量,G是引力常數,c是光速。太陽質量的黑洞的史瓦西半徑約為3公里。在史半瓦西半徑以內的範圍,被定義為黑洞所佔有的空間。

我們稱黑洞中心為奇點,很多人以為奇點是一個半徑等於零但密度無限大的地方。其實,比較正確的說法是我們根本不知道那裡是甚麼一回事,因為我們所知的一切物理定律根本不適用於情況如此極端的地方。

在事件穹界之外,有一個稱為光子球層的球狀區域。在這裡,只要光線是以切線方式擦過光子球層,便會被黑洞引力俘獲,沿著這球層像衛星一樣永遠繞著黑洞旋轉。黑洞的可怕引力會隨著距離遞減,事實上假若我們的太陽突然變成一個黑洞,地球並不會感到太陽的引力有甚麼不同,仍舊會依著同一軌道繞著太陽旋轉。

假若有人跌進了黑洞,會發生甚麼事呢?首先,如你在遠處看著這個不幸的太空人,你會發覺開始時就如一切向下跌的物體一樣,他跌進黑洞的速度會越來越快,當他接近黑洞,奇怪的事開始發生,你會發覺他開始減速,越接近事件穹 ,他的速度便越慢,一切變得像慢動作影片,最後更彷似停留不動,永遠不能到達事件穹界!

但對這個不幸的太空人來說,情況便完全不同。當然我們先要假設這個太空人有超人般的身體,不會被黑洞的引力殺死。當他越來越接近黑洞,黑洞看來會越來越大,更開始包圍著他﹐只剩太空船的尾窗仍可看到一角宇宙,但除此之外,倒沒有甚麼特別,之後在極短極短的時間之內,他便會撞上黑洞的奇點。
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2007/8/28 下午 12:04:50

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