dvbbs
加入最愛
聯絡我們
論壇幫助
dvbbs

>> 歡迎各路網友一起討論分享。
搜尋相關精彩主題 
佛網Life論壇佛網Life論壇【綜合類】討論區超心理科學版(Life論壇) → [轉貼]黑洞

您是本帖的第 2170 個閱讀者
樹狀 列印
標題:
[轉貼]黑洞
夏日的微風
帥哥喲,離線,有人找我嗎?
等級:版主
文章:2879
積分:37909
門派:無門無派
註冊:2006年7月5日
樓主
 用支付寶給夏日的微風付款或購買其商品,支付寶交易免手續費、安全、快捷!

發貼心情
[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。
ip地址已設置保密
2007/8/28 下午 12:04:50
夏日的微風
帥哥喲,離線,有人找我嗎?
等級:版主
文章:2879
積分:37909
門派:無門無派
註冊:2006年7月5日
2
 用支付寶給夏日的微風付款或購買其商品,支付寶交易免手續費、安全、快捷!

發貼心情
旋轉黑洞
旋轉黑洞又稱為克爾黑洞,它們的特性和以上所說的靜止黑洞很不同。旋轉黑洞有外內兩個事件穹界,而它們 之間的區域稱為能層。在能層內的物質會被黑洞自轉所帶動,但仍有機會逃離黑洞的魔掌。內事件穹界才是真正的死亡線,一旦進入便永無翻身之日。

理論上,我們是可以從黑洞中搾取它的自轉能。方法是把一件物體放進能層,然後把物體分成兩部分,讓一部分墮進黑洞,另外一部分逃離黑洞﹐若我們適當地選擇它們的質量、分離的時間等等﹐便可以讓逃離的部分以更高速度(即更高能量)離開黑洞。或者在茫茫宇宙,確有先進的天外文明,利用這個方法抽取黑洞的能量呢!

尋找黑洞

理論上,我們永遠看不到黑洞,但這不表示我們沒有辦法找到它們。普遍原則是找一些黑而密度高的物體。在事件穹界之外,開普勒定律仍勉強適用。我們可以量度繞著懷疑黑洞轉的氣體的速度,然後利用開普勒定律,計算出中心物體的質量下限。假若質量超過三個太陽質量,而且它非常細小又漆黑一片,我們便很有理由相信這是黑洞。

通常,黑洞會被吸積盤所環繞,兩極更有噴流。當物質流入黑洞,會發射出強烈的X射線。找尋這些X射線源亦是尋找黑洞(或中子星)的重要方法。

天鵝座X-1便是最早發現的懷疑黑洞。這物體的伴星是一顆O型星,質量下限是七個太陽質量,並會放射出X射線。一切證據都顯示它極有可能是黑洞。

非星體黑洞

理論上,黑洞是沒有質量上限的。它們可以超乎想像的大和重,我們稱這種黑洞為特大質量黑洞。我們在不少星系中心都找這種黑洞。例如在M87星系的核心內便有一個質量為3x109個太陽質量,但直徑只有數光星期之內的物體,只有黑洞才可能這麼重而同時又這麼細小。

「黑洞沒有毛髮」原理:十年之前,我們相信黑洞是一個很簡單的物體,三個物理參數─質量、角動量(如要求不嚴謹,可把它看成為自轉速度)和電荷─便決定了它的一切,兩個黑洞只要它們這三個參數相同,物理特性便完全一樣,黑洞最初由甚麼物質所造成是無關宏旨的,由於黑洞是這樣「單純」,光禿禿沒有甚麼特徵,所以天文學家謔稱「黑洞沒有毛髮」。對於真正的黑洞,由於它的強大引力足以離子化附近的物質,然後把自己中和,所以應該沒有黑洞是帶電的。但我們最近發現,在非常特殊的條件下,黑洞可能有其他可觀測的物理特性,由於這牽涉高深物理,在這裡不再作進一步的探討。

霍金蒸發:到目前為止,我們不斷強調事件穹界是一條不歸路。但真的沒有東西可逃出黑洞嗎?著名英國天文學家霍金得出了一個驚人的結論,他發現理論上黑洞亦會如普通黑體一樣發出輻射,這便是霍金蒸發理論。原來黑洞亦有溫度,而它的溫度和它的質量成反比,即質量越大,溫度越低。普通星體所形成的黑洞的溫度低至根本無法量度,但只要我們能夠找到小型黑洞,其蒸發過程卻是可以觀測得到的。

小型黑洞:到目前為止,所談及的黑洞形成機制只能產生質量大於太陽質量三倍的黑洞。我們相信小型黑洞只能在宇宙初開頭一秒內的極端環境下誕生,現在仍有小型黑洞存在嗎?理論上是可能的,但目前仍是疑案。

黑洞的歸宿:若黑洞會產生輻射,它便會逐漸失去質量,當所有質量皆蒸發掉時會發生甚麼事?我們不知道,科學家仍需努力。

蟲洞:在科幻小說裡,我們經常可以看到作者用蟲洞作為連接宇宙兩處地方的捷徑。小說中的英雄只要走進蟲洞,便可瞬間穿梭時空。到目前為止,蟲洞只存在於理論當中,作為時空隧道它有極大的缺點,它的兩個出口皆是黑洞!當勇敢的太空人穿越蟲洞後,他會發覺自己被困在另一個黑洞中,他或許可在剎那間看到宇宙另一處的景像,但會立即撞進奇點而死亡。

圖中為黑洞從星體形成的過程中,外層經過爆炸而出現塵,大量的塵在黑洞形成後仍會以高速在黑洞外盤旋,這對天文者定位黑洞很重要,而這些塵和分子有時稱作accretion disk.

ip地址已設置保密
2007/8/28 下午 12:05:10
夏日的微風
帥哥喲,離線,有人找我嗎?
等級:版主
文章:2879
積分:37909
門派:無門無派
註冊:2006年7月5日
3
 用支付寶給夏日的微風付款或購買其商品,支付寶交易免手續費、安全、快捷!

發貼心情

圖片點擊可在新視窗打開檢視此主題相關圖片如下:
圖片點擊可在新視窗打開檢視
黑洞的參數
要了解一顆星體,我們需要很多參數,但當它塌縮成為一個黑洞,任何物質都不能逃離它,因此我們是無法觀測到任何有關它的信息。根據研究,只有三個基本參數,質量、電苛和旋轉,我們才能在遠距離探測到,這就是"黑洞沒有毛髮"定理。

理論上,黑洞可按積分成小、中和大三類,已有好些証據顯示,中型黑洞是大星體在其生命終結時,星體內陷和坍塌後所留下的遺骸,而大型黑洞則存在於很多星系中,可能包括我們身處的星系。

黑洞的界限

當一個黑洞形成後,所有物質都會向中心場縮成高一個非常細小的質點,稱為奇點 Singularity,黑洞的表面層稱為”事件穹界”Event Horizon。而這表面層和中心奇點的距離就是史瓦半徑。任何物質要從黑洞的史瓦半徑跑到外面去,它的逃離速度 Escape Velocity便要大於光速。但根據狹義相對論,光速是速度的極限,因此,一切物質到了事件穹界便扯向中心的奇點,永不能逃出來。

黑洞的存在

於1990年4月27日,哈勃太空望遠鏡 Hubble Space Telescope的啟用,為人類探索太空夫揭開了新的一頁,雖然在製造時出了錯誤,使影像大打折扣,可是仍對天文學有莫大的貢獻。近來人類對一直只是存在於理論範疇內的黑洞,已透過哈勃太空望遠鏡,有了進一步的証據。於仙女座大星系M31附近的M32發現了一個質量大於太陽三百萬倍的黑洞。M32是在我們的銀河系附近,距離地球2.3百萬光年的星系。它是人類所知密度最高的星系,於直徑只有一千光年的範圍內(我們的銀行河系直徑約十萬光年),包含了四百萬顆星,中心和密度是我們的銀河系100個一百萬倍左右。假設你生活於M32中心的行星上,你會見到一個密佈星光的夜光,光度比一百倍滿月還要亮。科學家是由星星於該星系的活動,及其中心密度而推測的。此星系內之星星移動速度較之於一般星系每秒快了100公里。對於此發現,實對各天文學者的一大鼓舞,相信以後哈勃望遠鏡,必能為人類揭開更多太空的神秘之謎。
ip地址已設置保密
2007/8/28 下午 12:06:36

 3   3   1/1頁      1    
佛子網路世界的家 佛網 Buddhanet
Powered By Dvbbs Version 7.1.0 Sp1 [0601]
頁面執行時間 00.03125 秒, 4 次資料查詢