黑洞|诺奖以上,真相未满:追捕黑洞二百年( 二 )


根据引力推论 , 以及密度越大辐射越大的角度来看 , 暗星或者黑体 , 应该是一定空间内压缩了巨大密度的存在 。 按照这个理论 , 浓缩版的太阳或者地球都会变成黑洞 , 漫威的超级英雄蚁人最终也会变成黑洞 。
但真的有天体会经历浓缩吗?来到20世纪 , 一位天才给出了答案 。
瞄准:黑洞命名与史瓦西半径
1915年11月25日 , 爱因斯坦发表了“广义相对论” 。 这一天应该被铭刻在人类共同的纪念碑上 , 不仅是因为爱因斯坦本人的伟大 , 还由于“广义相对论”可以解释太多事情 , 将然问世就给各领域的科学家以醍醐灌顶的感觉 。 其中就包括 , 黑洞 。
如上所述 , 在爱因斯坦之前 , 科学界已经有了对黑洞的猜想 。 实质缺少的是对黑洞如何产生、自然界是否真能存在黑洞的认知基础 。
黑洞|诺奖以上,真相未满:追捕黑洞二百年
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根据“广义相对论”对引力场公式 , 宇宙中可以存在密度无限大的奇点 。 在特定区域内一切物质都向奇点坍塌 , 形成对包括光在内所有物质的吞噬效应 。 虽然爱因斯坦本人并没有提出过黑洞假说 , 也不见得相信宇宙中存在黑洞 , 但他提出的理论确实给全面认知黑洞打开了大门 , 让人类可以在数学和理论物理的层面完整描述黑洞 。
于是乎 , 就在“广义相对论”提出两个月后 , 德国天文学家、物理学家卡尔·史瓦西就通过计算爱因斯坦的引力方程得到了一个真空解 。 这就是“史瓦西半径” , 自此人类完整预言了黑洞的存在 。
黑洞|诺奖以上,真相未满:追捕黑洞二百年
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所谓“史瓦西半径” , 是指一个天体向奇点坍塌到一定程度时 , 其质点的周围会出现一个界面──“视界” 。 在视界中会光无法逃逸的现象 , 自此黑洞就将诞生 。 根据史瓦西的计算 , 太阳如果坍塌到半径三公里以下就会变成黑洞 , 而地球坍塌到半径9毫米以下也会变成黑洞 。
【黑洞|诺奖以上 , 真相未满:追捕黑洞二百年】而为什么天体会出现向奇点坍塌的现象呢?现代天文学认为 , 恒星演化的终局 , 也就是恒星熄灭之时 , 就是黑洞诞生之日 。 而还有一种宇宙黑洞的可能性来源 , 是根据“广义相对论”推算 , 宇宙可能是大爆炸的产物 。 而大爆炸初期 , 在宇宙早期膨胀之前 , 会出现某些区域的密度异常大 , 这些留存下来的区域就是宇宙中的原初黑洞 。
1969年 , 美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒率先提出了“黑洞”一词 , 来制定面目愈发清晰 , 但还没有被人类观测到的最神秘天体 。 而人类关于黑洞的揭秘游戏 , 也进入了新的章节 。
推理:“黑洞无毛”
物理学家惠勒 , 并不仅仅是擅于起名字 。 在对黑洞的深化讨论里 , 惠勒率先提出了人类在“广义相对论”基础上认识黑洞后的第一个大问题:在热力学理论中如何解释黑洞的存在?
惠勒提出了这样一个问题 , 既然黑洞只吸收 , 不放出 , 那么一个带熵的物体被黑洞吸收之后 , 整个系统的熵就消失了 。 而这明显违反了热力学的第二定律 。
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那么问题来了 , 黑洞内的特殊条件中 , 热力学第二定律还成立吗?面对这个问题 , 物理学界给出了一个猜想 , 就是黑洞吞噬效应发生后 , 被吞噬物体的一切物质记忆与复杂性都将消失 。 而进入黑洞视界的物体只能留下三个参数:质量、电荷量和角动量 。
这个奇怪的特性引发了科学家们新的关注 , 成为70年代黑洞认知又一轮大幅跨越的推理基础 。 而这个现象也被确实很擅长发明术语的惠勒称为“黑洞无毛”——黑洞吞噬的东西 , 所有“毛发”信息都将丧失 , 只留下三个最基本特征 。
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