5个关于黑洞的问题,让你重新认识下它

释放双眼,带上耳机,听听看~!
如果两个黑洞相撞,它们确实会变成一个黑洞。没有X射线、伽马射线或者其他电磁辐射释放出来,但是会产生大量的引力波。为了理解这些,参考爱因斯坦引力的通常概念,作为扁平橡胶板的时空,当上面有一大块物体的时候,它会产生弯曲(例如,保龄球压在橡胶板上会产生凹痕)。如果几个巨大的物体彼此靠近并且移动,则凹痕会移动并且产生涟漪。

如果两个黑洞相撞,它们确实会变成一个黑洞。没有X射线、伽马射线或者其他电磁辐射释放出来,但是会产生大量的引力波。为了理解这些,参考爱因斯坦引力的通常概念,作为扁平橡胶板的时空,当上面有一大块物体的时候,它会产生弯曲(例如,保龄球压在橡胶板上会产生凹痕)。如果几个巨大的物体彼此靠近并且移动,则凹痕会移动并且产生涟漪。这些时空涟漪就会产生引力波,并且可以在接下来的五到十年内通过各种实验检测到它们。

2. 如果黑洞的逃逸速度超过光速,此时光速是已知的最快速度,由于黑洞重力引起的物体加速度会超过光速吗? 我们的想法是摩擦或终端速度因素会影响最终速度。

一个有趣的问题。换句话说,我想你在问:如果一个物体落入黑洞,当它进入黑洞(即在黑洞的视界线)时,它会比光速快么?

答案就像许多涉及相对性的问题的答案一样,可以通过非常精确的测量得到。在这种情况下,我们需要测量速度来准确探索,所以请耐心等待。

假设你进行了以下的实验(如果你愿意,可以实际执行一下)。拿出一个篮球,举到你的头部高度,然后放手。接下来会发生什么?很明显,它会下降。因此当它撞到地面的时候会获得不错的速度。

现在,站到你的桌子上,然后再次拿出篮球,跳下桌子,同时松开篮球。会发生什么?直到你碰到地面,篮球似乎没有相对于你移动,尽管坐在座位上学生看到的不是这样。

当然,你测量的速度取决于你的移动方式,而不仅仅取决于篮球的运动方式。

到目前为止,我还没有介绍任何关于黑洞的内容。但是,我们可以做相同的实验(尽管我不建议你这样做)。把篮球从休息处扔向黑洞,那么它轨迹上的任意一点速度是多少?显然,这取决于你的行动方式。如果你相对与黑洞静止,球会以一个速度移动,但是如果你也在下降,那么球将会以较低的速度移动。

考虑到这一点,我们可以更精确一些。让我们把球从远离黑洞的休息处丢下去。我们测量球的速度是由球相对于我们,在一些位于黑洞之外的地方,并且我们没有相对于黑洞运动。我们可以说,我们越接近黑洞(总是相对于黑洞静止),球移动的越快。如果我们只是在地平线之外,那么球会勉强加速到接近光速。外推一下,这似乎表明,如果我们在洞内进行相同的测量,球会看起来比光速更快。

但是,事实并非如此!要想看到这一点,请考虑一下你是如何保持静止的。当你站在地球上的时候,会有重力拉着你,但是你仍然留在原地,因为地板会给你一个相反的同样大的力。你感受到的力就是地球对你的引力 。以相同的方式,相对于黑洞静止,需要一些力来平衡黑洞对你的引力。

假设这个力是由天棚提供的,你越接近黑洞,提供的这个力就越大。在黑洞边缘,理论上这个力是无限大的。没有天棚,没有火箭可以让你在那个时候保持静止,在黑洞边缘内,你一定会掉进黑洞。

我们在前面讨论过,如果你掉进黑洞,你测量的球的速度会比你静止时测量得到的速度小。同样的道理,因为你正在下降,你会测量到一个较小的速度,它总是会小于光速的,即使只小一点。实际上,没有观察者测量的物体的速度大于光速,无论是在黑洞内或者黑洞外。请注意,我宁愿不在黑洞内进行试验来确定理论的正确。

3.“边缘在哪里”。它已经在“宇宙的结构”中向我解释,我们的宇宙就像一张纸。由于最近从黑洞研究中获得的知识,我已经明白,结构被弯曲并且进入黑洞中必须到达某一个地方,虽然“哪里”不是我问的问题。但是我问的是结构来自哪里,就像地球上的构造板块一样,如果宇宙将结构“回流”到其他地方以在宇宙中形成更大的物质并保持结构的运转,那将是有意义的。

我们最终会用完结构还是从其他地方带出结构?

我喜欢你的问题,虽然我不能给出一个完全满意的答案。 时空结构起源于何处,类似于“大爆炸之前发生的事情?”或“什么是时空扩展?” 我们没有完整的答案。 例如,似乎有可能时间本身在宇宙大爆炸中存在,并且似乎随着宇宙膨胀,时空变得越来越大。 鉴于宇宙的数量因压倒性因素而扩大,我怀疑我们不会耗尽结构。 尽管如此,我喜欢你对构造板块的类比,并且不排除在某些未来点可以沿着这些线条发展理论的可能性。 也许你会成为那个人!

4. 当我在天文学课上学习黑洞时,我想到了几个问题。 如果一个黑洞继续吸收物质,奇点难道不应该变得更大? 如果一个黑洞吸入光线,它难道不应该吸入质子或电子,从而变得更大?

对于天文学家来说,黑洞是一个非常有趣的研究课题,主要是因为在这一点上我们有更多的问题而不是答案!

你是对的:如果一个黑洞正在积极地“吸入”物质(我们称之为吸积),那么这个物质会将其整体质量/能量贡献给黑洞。爱因斯坦的一个更著名的方程式将质量和能量联系为E = mc ^ 2,其中E是能量,m是质量,c是光速(在这种情况下,它升高到第二次幂,或平方)。

这意味着质量和能量基本上是同一事物的两个方面,因此当黑洞聚集物质时,它也会吸收与此物质相关的大部分能量。实际上,一些能量可能会以光的形式逃逸,也许是作为一种喷射形式的相对论流出,你也可以在课堂上学到这些。但是对于实际上让它通过视界线进入黑洞的每一点物质,这个洞都会获得那么大的质量/能量。由于质量和能量之间的等价性,当黑洞吸收辐射时也会发生同样的事情。我们倾向于认为物质具有质量,而辐射具有能量,但对于黑洞来说,两者相同。因此,无论是物质还是辐射都会增加,黑洞将会有质量/能量的净增益,这可以被认为是奇点本身获得的质量/能量。

有趣的是,这种向外表现的方式是增加黑洞的有效尺寸,也称为视界线的半径。 所以基本上如果黑洞增加,它通常会变得更大,也更大。 我说“一般”是因为如果黑洞是在相反的方向上移动物质而不是黑洞旋转,那么情况就不一定如此,但是这可能会变得相当复杂,所以现在让我们假设我们在“顺行”而不是“逆行” 。简单地说,是的,因为黑洞增加了物质,黑洞确实获得质量/能量,因此它变得更大,并在时空结构中造成更大的引力下沉。

5. 我们一直在谈论黑洞。 我知道光不能从黑洞中逃脱,但重力是如何逃脱的呢? 我们所知道的最快速度不是光速吗? 黑洞是如何吸收光的? 光没有任何质量,它是能量,还是有质量?

你是对的,认为光和其他形式的物质和能量都不能逃过黑洞。 那么重力和引力波是如何工作的呢? 首先,让我们了解重力是什么。 重力是一个巨大的物体对周围环境的影响,它吸引其他物体。 重力通过引力波在宇宙中传播。 与光子类似,引力波都是能量,它们以光速传播。 引力波没有被黑洞捕获的原因是因为它们发射在外部而不是发射在黑洞内部。 如果我们能够看到引力波,它们看起来就像水被石头撞击后水面上的涟漪。 同样地,在这种情况下,涟漪是由石头引起的,它们不是从石头本身散发出来的,而是在水中形成并传播开来。

现在,如果重力是一个巨大质量的物体对另一个巨大质量的物体的影响,对于全是能量没有质量的光子,黑洞的重力怎么能捕获光子呢?逃离黑洞的引力与速度有关,与质量的关系略小。当物体的速度不够高而无法逃脱的时候,物体会被黑洞困住。即使所讨论的物体没有质量,例如光子。因为距离黑洞一小段距离(称为视界线),即使光速也没有足够的速度逃脱,光子也被困住了。巨大的物体更容易被捕获,因为我们知道它一定比光速慢。而且你的体积越小,你被允许移动的速度越快,又会增加你逃逸的机会。只要确保你没有用光燃料。

———感谢你对黑洞的兴趣————

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.Tamara Bogdanovic

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转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

翻译:天文志愿文章组-183大管子

审核:天文志愿文章组-Moist Green

排版:零度星系

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1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:

本文由天文志愿文章组-183大管子翻译自Tamara Bogdanovic的作品,如有相关内容侵权,请于三十日以内联系运营者删除。

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