关于黑洞的9个问题

　　很多科学或天文学粉丝对黑洞特别感兴趣，黑洞既使我们着迷，又使我们感到恐惧。着迷或恐惧都源于黑洞的神奇和它的未知。小编花了点时间来整理一下关于黑洞的一些知识，希望能对粉丝们有所帮助。
　　一、黑洞是什么？
　　先来看看美国宇航局如何定义黑洞的，通常它被定义为＂在太空中引力如此之大以至于甚至光都无法射出的地方。由于物质被挤压到一个很小的空间中，所以引力是如此之强＂。由于光无法逃脱黑洞捕获，因此它看起来完全是黑色的因此得名。但是，可以通过从各种望远镜中收集到的一些特殊的＂杂物＂来＂看到＂模拟它们的样子。
　　二、黑洞是如何形成的？
　　黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程。某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的形体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止的进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾成粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样。
　　三、黑洞的有哪些重要组成结构？
　　1. 事件视界
　　事件视界是一种时空的曲隔界线。视界中任何的事件皆无法对视界外的观察者产生影响。在黑洞周围的便是事件视界。在非常巨大的引力影响下，黑洞附近的逃逸速度大于光速，使得任何光线皆不可能从事件视界内部逃脱。根据广义相对论，在远离视界的外部观察者眼中，任何从视界外部接近视界的物件，将须要用无限长的时间到达视界面，其影像会经历无止境逐渐增强的红移；但该物件本身却不会感到任何异常，并会在有限时间之内穿过视界。
　　2. 吸积盘
　　吸积盘是一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构，它是包围黑洞或中子星的气体盘。盘内的摩擦力使气体逐渐螺旋下落，被吸积到黑洞或星体。比较典型的中心体有年轻的恒星、原恒星、白矮星、中子星以及黑洞。重力使得盘中的物质沿螺线被吸附至中心体；角速度的不同则使得物质进行着角差转动。而引力场使得物质被压缩，同时激发出电磁辐射。被激发出的射线频率取决于中心体的形式。若中心体为年轻的恒星或者源恒星，那么吸积盘辐射多半处于红外区，而中子星及黑洞产生的吸积盘的辐射多半处于光谱的X-射线区域。
　　3.奇点
　　奇点或引力奇点是黑洞正中的一个点。它是一维点，在无限小的空间中包含大量质量。在这里，重力和密度变为无限，时空曲线变为无限，并且已知物理学定律不再适用。著名的美国物理学家基普·索恩（Kip Thorne）将其描述为＂所有物理定律都失效的地方＂。
　　四、如果陷入黑洞，会发生什么？
　　当人靠近黑洞时会感到莫名其妙的加速，这是因为黑洞正在吸引靠近它，这时人会向着黑洞坠落而去，速度越来越快，短时间中会加速到不可思议的速度，而这个人在这一过程中将无法控制自己的身体，只感觉到一种巨大的拉力拉着他冲向黑洞，这种强大的拉力还会让他失去意识并趋向于死亡，之后的身体会被拉长。接着人会被拉的分解开来，分解成极小的碎块，然而这些小碎块儿还会被进一步拉成更小的碎块，当到达黑洞的视界边缘的时候，人至少被分成了原子状态。
　　然而这还不算完，当进入视界之内的时候，还会被继续分解成更小的粒子钻入黑洞的深处，假如这时候有东西能看这一切的话，会发现前面黑幽幽一片什么都看不见，但是如果回头看的话，就会发现一切都是静止的，然而其实是在以超过光速的速度奔向黑洞的中心，在这一过程中，人变成了基本粒子，最后都附着在黑洞中新起点的能量球上。因为黑洞的强大引力能改变原有的物理定律，所以黑洞中的时空和外界的时空也是不一样的，所以进入黑洞也算是一种穿越，只不过不可能是在人有意识的情况下进行的穿越，而是变成基本粒子后的穿越。不过黑洞并非只吃不吐，它也是有辐射性挥发的，也许有一天，人变成的基本粒子会被黑洞从两极喷发出来，又回到了这个宇宙中，这或许可以称为另一种穿越吧。这只是推断猜想而已、
　　五、靠地球最近的黑洞在哪里？
　　麒麟座V616（A0620-00）是目前已知距离地球最近的黑洞，越距离太阳约2800光年，这是一个双星系统，包含一个9-13倍太阳质量的黑暗致密天体（候选黑洞）和一个0.5倍太阳质量的恒星。银河系的超大质量黑洞估计是太阳质量的几百万倍（准确地说是410万倍）。但是不要担心，它与我们的巨大距离不会直接影响我们的太阳系，至少目前还没有。据认为，在大约40亿年中，我们的星系将与我们相邻的星系仙女座碰撞。发生这种情况时，恒星及其各自的黑洞将被混合到一个新的混合星系中。不过那是遥远的以后了，留给子孙后代去体会吧。
　　六、一个黑洞湮灭需要多长时间？
　　黑洞的寿命取决于其质量。人类只能通过在强烈弯曲的空间中运行量子场论计算才能真正知道，这至少可以说是复杂的。通常，霍金辐射的质量损失相对于黑洞的＂大小＂以不同的速率发生。有趣的是，质量较低的黑洞要比质量较大的黑洞更快地消失。这是因为他们在事件视界周围在空间中产生的弯曲更加强烈。但是即使如此，它确实需要非常非常长的时间。如一个与太阳的质量相当的黑洞完全蒸发将需要10-67年。对于宇宙中更大的黑洞，它的湮灭这将耗费更多的时间。
　　七、宇宙中有多少个黑洞？
　　海滩上有多少沙粒？星系中有几颗星星？这些问题几乎无法回答。宇宙中黑洞的数量也是如此，多到你无法估算。即使我们试图计算它们，我们也永远不会得到正确的答案，因为从我们的角度来看，宇宙还有非常多的区域仍然是个谜。如果进行了这样的尝试，我们首先需要将计数限制为＂我们的宇宙＂或更正确地称为＂可观察的宇宙＂。但是，我们可以做出一些有根据的猜测。我们的银河系就包含大约1000亿颗恒星，并且每千个恒星中大约有一个足够大，足以在其死亡时产生黑洞。这应该意味着我们的星系中可能有多达1亿个恒星级黑洞。而这个数字随着每秒钟的过去而增加。想想都有点毛骨悚然。
　　八、如何检测到黑洞？
　　1. 相邻物体的行为
　　假设你知道房间里有个隐形人，并且你没有任何类似于蜘蛛侠拥有的工具可以使用，那么要确定他在房间里的位置，你的最佳方法是什么？你会寻找房间内所有物品移动的迹象。比如门吱吱作响、窗帘抽动、纸张翻动或玻璃破碎（如果这个隐形人很笨手笨脚）。天文学家们使用了同样的但更先进的方法——他们观察并测量这些不可见实体周围的恒星、尘埃团以及气体的不寻常或无法解释的运动，来预测黑洞的位置。
　　如果一个很大的恒星或一团气体或尘埃表现出受某个十分密集且质量很重的物体影响（至少比太阳的质量重三倍），可以推测这种运动是由黑洞造成。然后通过测量它对任何相邻物体的影响，例如其大小和质量，来确定特定黑洞的特征。
　　2.辐射
　　由于黑洞有如此大的质量及强引力场，其附近的恒星或其他物体有时坠入并集中于黑洞周围的圆盘中。这些物体快速绕盘旋转迅速加热至几百度，最终加热至极高的温度并发射X射线。而这些射线可以通过地球上的X射线望远镜探测到。
　　钱德拉X射线望远镜就是一个这样的轨道X射线望远镜。它帮助我们探测到许多黑洞，并且让我们深入了解了它们的结构特征。
　　3.引力透镜效应
　　在爱因斯坦广义相对论的众多理论中，天文学家选择其中认为引力可以弯曲空间的理论作为理论依据。即，如果星团或星系经过黑洞附近，物质发生重新分布，这导致光向观测者（地球的望远镜）传播时发生弯曲。这个现象称作引力透镜，在探测太空黑洞方面起着至关重要的作用。
　　九、谁是从事黑洞研究的顶尖科学家？他们发现或提出了什么？
　　1. 约翰·米歇尔
　　主要发现年份： 1783年
　　描述： 约翰·米歇尔（John Michell）是英国自然哲学家和地质学家，出生于1724年。他给亨利·卡文迪许（Henry Cavendish）写了一封信，他在信中假设质量的想法是如此之大，即使光线无法逃脱。
　　2.皮埃尔·西蒙·拉普拉斯
　　主要发现年份：1796年
　　描述： 皮埃尔（Pierre）是法国数学家和天文学家。在他的《世界系统博览会》一书中，他提倡了与米歇尔相同的想法 。
　　3.爱因斯坦
　　主要发现年：1915年
　　描述： 阿尔伯特，德裔美国人理论物理学家，全方位的＂坏蛋＂发展了他的广义相对论。他的论证表明光会受到重力的影响。黑洞内部会发生什么？
　　4.卡尔·施瓦茨希尔德
　　主要发现年： 1916
　　描述：德国物理学家卡尔是第一个提供广义相对论的现代解决方案的人，该解决方案可用于表征黑洞。
　　5.亚瑟·爱丁顿
　　主要发现年：1924年
　　描述：英国天体物理学家亚瑟（Arthur）指出，坐标更改后，爱因斯坦作品中的奇异之处可能会消失。
　　6. 罗伯特·奥本海默
　　主要发现年份：1939年
　　描述：罗伯特·史密斯（Robert）是有史以来最杰出的物理学家之一，他预测，超过3个太阳质量的中子星可能会坍塌而形成黑洞。
　　7.大卫·芬克斯坦
　　主要发现年份：1958年
　　描述：美国物理学家戴维（David）认识到Schwarzschild表面实际上是一个事件视界。他还能够扩展Schwarzschild解决方案，以使观察者的未来陷入困境。
　　8.罗伊·克尔
　　主要发现年份：1963年
　　描述： 新西兰数学家罗伊（Roy）得出了旋转黑洞的精确解。
　　9.埃兹拉·纽曼
　　主要发现年份：1965年
　　描述：美国物理学家埃兹拉（Ezra）设法发现了轴对称既旋转又带电的黑洞的解决方案。
　　10.詹姆斯·巴丁
　　主要发现年份：1970年
　　描述：美国物理学家詹姆斯在雅各布·贝肯斯坦，布兰登·卡特和后来的伟大史蒂芬·霍金的＂一些＂帮助下， 提出了黑洞热力学的公式。
　　11.斯蒂芬·霍金
　　主要发现年份：1974年
　　描述：可悲的是英国理论物理学家和宇宙学家斯蒂芬（Stephen）表明黑洞实际上并不是完全＂黑＂的。他推测黑洞会散发少量的热辐射，称为霍金辐射。