被黑洞吞噬的东西去了哪里(被黑洞“吃掉”的物质都去了哪里?)
黑洞中的物质都去了哪里?另一个世界?
黑洞可以说是宇宙中最神秘的存在 。黑洞拥有目前宇宙中最强的引力,连光速都逃不过 。任何靠近黑洞的物质最终都会被吞噬,那么问题来了,这些物质去了哪里?
在说这个问题之前,首先让我了解一下黑洞和引力的历史 。早在艾萨克·牛顿的时代(1687年),就确定万有引力是因为物质的存在,尤其是它的质量 。事实上,黑洞的存在是在牛顿发表《自然哲学原理》后不久提出的 。
直到1915年爱因斯坦发表了他的广义相对论,黑洞理论才真正兴起 。1916年,Karsch Watzkier对这一现象进行了第一次真正的研究,他推导出了黑洞的施瓦兹半径方程(Rs = GM/C 2,其中Rs为施瓦兹半径,G为牛顿引力常数,M为黑洞质量,C为光速) 。
为了形成黑洞,物质会在自身引力场的作用下坍缩,比如大恒星的死亡 。如果所讨论的物质足够大,那么它的引力将达到无穷大,这样它将克服所有其他试图抵抗坍缩的力,物质将继续收缩,直到它变成一个点,称为奇点 。这个点将具有无限的密度,并且将是无穷小的 。对time 空的影响是扭曲到光线再也无法从黑洞中逃逸的程度,因此得名“黑” 。在奇点,已知的物理定律被打破,因此科学家们不得不花费大量的时间和精力来研究我们宇宙的这些奇怪特征 。
Karsch Watzkill半径描述了黑洞的一个特征,称为事件视界 。这是空和空之间的平衡点,在这里光可以逃离黑洞的引力场,在这里光无法逃离 。虽然黑洞内部的奇点是无穷小的,但似乎黑洞只在其活动视界的大小范围内有很强的支配地位,就像一个领地 。
当物质落入视界时,它就与其他时间空隔绝了 。事实上,它已经从我们现有的宇宙中消失了 。一旦进入黑洞,物质将被撕成最小的亚原子成分,这些成分将被拉伸和挤压,直到它们成为奇点的一部分,并相应地增加黑洞的半径 。
有趣的是,现在一个斯蒂芬·霍金证明了黑洞中的物质并没有完全与宇宙的其他部分隔离开来 。只要有足够的时间,黑洞会通过辐射所含物质的能量而逐渐溶解 。
如果是恒星质量的黑洞,黑洞的潮汐引力会将恒星从一个球形球体转变成一个足球形状的物体 。最后,黑洞最近的一侧和恒星背面之间的引力差将会非常大,以至于恒星无法再保持在一起 。它将开始被黑洞的引力压碎,恒星的大部分质量将进入黑洞周围的吸积盘 。如果黑洞的质量超过太阳的10亿倍,黑洞的潮汐引力将足够弱,恒星可以穿过活动视界而不被压碎 。本质上,恒星是被吃掉的,恒星中的物质在进入黑洞之前不会产生明显的辐射增加 。
一旦进入黑洞,超越了视界,我们只能推测被捕获物质的命运 。广义相对论告诉我们,黑洞有两种:一种不旋转,另一种旋转 。每个都有不同的地平线结构 。例如,不旋转的“史瓦西黑洞”使得物质无法与奇点发生碰撞 。对于一个太阳质量的黑洞,它可以在几微秒内到达奇点,而对于一个超大质量的黑洞,它可以在几个小时内到达奇点 。我们无法预测奇点会发生什么,因为理论上说我们已经达到了无限引力的条件 。至于旋转的“克尔黑洞”,内部结构更加复杂 。对于某些物质的输入轨迹,原则上可以避免与奇点发生碰撞,可能在你进入后的数千年或数十亿年后从黑洞中重新出现,或者出现在一个非常不同的未来时间,类似于空 shuttle 。
一些更奇特的理论说,进入黑洞的物质将完全重新进入另一个宇宙,但物理学家现在不相信这个解释是准确的 。问题是,对于一个真实的物理事件产生的黑洞,黑洞内部充满了引力辐射,使得时间空的几何结构非常不稳定,所以基本不可能 。
但是这件事到哪里去了?这一直是宇宙中最令人费解的问题之一;科学家假设黑洞存在后,这个问题困扰了他们好几年,实在没办法研究 。就像光被困在黑洞里一样,X射线和电磁辐射也是如此 。然而,几年后,科学家发现有可能间接定位黑洞:通过观察被黑洞引力引起的潮汐应力损坏的物质发出的X射线信号 。
【被黑洞“吃掉”的物质都去向了何方? 黑洞吞噬的东西去哪了】但是我们仍然很难知道黑洞的另一边发生了什么,因为没有信息穿越视界 。目前公认的理论是,每个黑洞的中心附近都有一个“奇点”,即密度也达到无穷大的点 。换句话说,所有的质量都包含在零体积中 。至于黑洞里的物质到底怎么样了,只能用想象力去想象了 。当然,科学家已经考虑了每一种可能的情况 。
所以唯一倾向于答案的结果应该是,任何穿过视界的物质,都会朝着奇点向内加速 。当它靠近它的时候,会经历巨大的潮汐压力 。由于奇点包含了巨大的质量,物体靠近奇点的一端承受的引力要比背向奇点的一端大得多,相当于对于质量逐渐增大的拉伸,俗称“空分裂” 。
下落质量将在有限时间内到达奇点,成为质量参考系中奇点的一部分 。对于外部观察者来说,由于如此强引力场的相对论效应,情况就不同了 。在事件视界之外,时间基本上是冻结的,所以对于任何观察黑洞的人来说,在黑洞内部不会发生任何事情 。因此,如果一个物体开始靠近它并落入水中,它会逐渐减速并变红(光发生红移),永远不会越过地平线 。光会越来越红移,直到变成红外线、微波、无线电波等等——直到完全消失 。没有关于黑洞里发生了什么的理论,只有假设 。
人们认为,进入黑洞的物质会被压入中心一个叫做“奇点”的微小点 。那是唯一存在物质的地方,所以如果一个物体落入黑洞,它不会像正常的恒星一样撞击表面 。一旦到达,它就在那里 。科学家认为没有什么东西能在黑洞中存活 。有时人们会说“虫洞”是通往其他宇宙的门户,但现在人们认为这些很可能根本不存在 。
另外,我们只能运用我们的想象力 。物理学家可能试图确定它出现在黑洞中心的可能性 。
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