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質量產生引力,但光沒有質量,黑洞為何能夠將光吸進去?
2023/02/03

隨著人類科技的進步,現在科學家已經能夠走出地球探索宇宙,當人類走出地球看到宇宙之后,人類的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引,人類想要知道宇宙到底有多大?在宇宙中除了地球生命之外,是不是還有其它的生命體,帶著這些疑問,人類走上了探索宇宙的道路,通過科學家的研究發現,在宇宙中隱藏著很多神秘的天體,其中黑洞就是一種非常特殊的天體,最早提出黑洞的科學家是約翰.米歇爾,他認為,如果一顆天體擁有和太陽一樣的質量,而這個天體的直徑只有3000米,那麼這個天體的表面引力一定非常巨大,後來在1796年,法國科學家拉普拉斯曾經預言:如果一顆天體的質量是太陽質量的250倍。

而直徑和地球類似,那麼這個天體表面的引力會非常大,連光都無法逃離它的引力,在1783年的時候,英國天文愛好者給科學家卡爾迪許寫了一封信,信中他認為宇宙中存在一種質量非常大的天體,連光都會被它吞噬,當時他把這種天體稱為是暗星,直到1916年的時候,愛因斯坦利用公式計算出了黑洞,不過當時連愛因斯坦本人都不相信黑洞存在宇宙當中,之后德國物理學家卡爾史瓦西給了黑洞一個精確的解釋,他認為當大量的物質集中在一點時,就會使周圍產生視界,一旦進入這個視界,任何物體都會被吸進去,這個神秘的天體被稱為是黑洞。

現在科學家已經確定黑洞存在宇宙當中,科學家認為,黑洞是由恒星死亡以后形成的,一般來說,質量小的恒星死亡以后會變成白矮星,質量中等的恒星死亡以后會變成中子星,超大質量的恒星死亡以后會變成黑洞,像我們的太陽就是質量小的恒星,所以太陽死亡以后會變成白矮星,像盾牌座UY這樣的恒星死亡以后可能會變成黑洞,盾牌座UY的半徑大約是太陽半徑的1708倍,體積是太陽的50億倍,是地球的1.5億億倍,如果把這顆恒星放在太陽系的位置,那麼距離太陽最近的行星就不是水星,而是土星,它龐大的身軀能夠吞噬水星、金星、地球、火星、木星的軌道。

雖然盾牌座UY的體積很大,但是它的密度非常不穩定,科學家經過研究發現,這顆恒星的表面溫度很低,只有3000攝氏度左右,它的壽命只有5000萬年左右,它死亡以后,會形成一顆小型黑洞,目前來說,黑洞的引力是無限大的,任何進入黑洞視界范圍內的物質都會被黑洞的引力吞噬,那麼引力是如何產生的呢?曾經著名的物理學家牛頓認為,任何有質量的物體都是存在引力的,質量越大的天體,它所產生的引力就越大。

在太陽系中,太陽的質量占到了總質量的百分之99.86,所以太陽的引力是最大的,并且牛頓給出了引力公式:F=GMm/(R^2),牛頓的公式來源于思想實驗,他認為如果有一個物體放在空中,那麼就會自由落體,這是因為地球引力的緣故,不過牛頓的萬有引力公式認為,引力和時間沒有關系,它是超距作用,能夠瞬間完成,牛頓提出萬有引力后,很多科學家都認為牛頓的公式沒有問題,而且一直都是按照牛頓的理論來進行的,直到愛因斯坦出現以后,才打破了萬有引力定律,愛因斯坦認為,引力并不是超距作用,其實引力是不存在的,他認為,質量小的天體之所以會圍繞質量大的天體轉動。

是因為質量大的天體將 宇宙薄膜壓彎了,所以質量小的天體才會圍繞質量大的天體運動,如果按照愛因斯坦的理論來看的話,那麼宇宙就是一張巨大的薄膜,所有的天體并不是懸浮在宇宙中,而是依附在宇宙薄膜之上,科學家根據愛因斯坦的理論在1919年的時候,通過日全食證明了愛因斯坦的理論才是正確的,這也讓愛因斯坦的名氣大漲。其實牛頓提出萬有引力定律之后,科學家發現有一些問題利用萬有引力定律無法解釋,比如說水星近動的問題,在150年前,科學家發現水星運動的軌道存在問題,首先水星的運動軌跡非常復雜,它的軌道不是正圓,而是橢圓形。

在近日點的時候,它距離太陽大約有4600萬公里,但是在遠日點的時候,它距離太陽有7000萬公里,利用牛頓的萬有引力定律,科學家發現水星的運動軌跡存在誤差,不過那個時候根本沒有人質疑牛頓,而是認為水星旁邊可能還存在一顆天體,當時很多人把這個未知的天體稱為是祝融星,這顆祝融星擾亂了水星運動的軌跡,所以才會導致牛頓的萬有引力公式計算出現誤差,後來幾十年內,科學家一直都在尋找祝融星,但始終沒有找到,後來愛因斯坦利用相對論,完美的解釋了水星運動軌跡誤差的問題,這時,人們才認識到牛頓萬有引力定律存在缺陷。

根據愛因斯坦的理論得出,宇宙中所有的天體會對周圍的空間產生影響,并且將周圍的時空扭曲,不過根據天體質量的大小,扭曲空間的程度也是不同的,目前在宇宙中,能夠最大程度的扭曲是空的天體就是黑洞,黑洞能夠吞噬一切物質包括光,光速是目前人類發現的最快的運動速度,光速大約是每秒30萬千米,而且光速是恒定不變的,科學家根據研究發現,光子在靜止的時候質量是零,既然光子沒有質量,它為什麼會被黑洞吸引?根據愛因斯坦的相對論我們能夠知道,黑洞能夠扭曲周圍的空間,而光子在宇宙中飛行是按照距離最短來傳播的,所以當光線在大型物體周圍經過時,光就會彎曲。

這其實并不是引力將光吸引了,而是光線采取的路線彎曲了,這就類似我們開車在一段路上行駛,如果路中間有一段距離是彎曲的,那麼我們的汽車也會隨著路面彎曲下去,而在宇宙中,時空彎曲成自身,這種現象的結果就是光線無法逃離黑洞的引力,那麼被黑洞吞噬的物質最終都去了哪里?有一些科學家認為,黑洞是連接其它宇宙的通道,在黑洞的另一邊可能還存在著一種神秘的天體白洞,黑洞的性質是不斷的吞噬物質,而白洞的性質就是不斷的噴發物質,黑洞吞噬后的物質會由白洞噴發出去,黑洞和白洞連接在一起就形成了蟲洞,蟲洞就是能夠穿越時空的隧道。

不過目前科學家并沒有在宇宙中發現白洞和蟲洞,這兩個天體還存在理論當中,除了這個猜測之外,著名的物理學家霍金認為,黑洞并不是穿越時空的通道,黑洞也會向外釋放能量,如果黑洞長時間沒有吞噬物質,那麼黑洞也會因為霍金輻射蒸發而死亡,霍金認為,當虛擬粒子出現在黑洞視界邊緣時,可能會出現4種情況,1、虛粒子對正常湮滅,2、兩個虛粒子同時被黑洞吞噬,3、負虛粒子被黑洞吞噬,正虛粒子逃離,4、正虛粒子被黑洞吞噬,負虛粒子逃離。 如果一顆黑洞長期沒有吞噬物質,最終這顆黑洞也會消失,目前科學家也在積極的研究黑洞的奧秘。

不過因為黑洞太過于神秘,目前科學家也不知道黑洞內部到底是什麼樣子的,不少科學家認為,黑洞內部應該是一個極端扭曲的空間,當物體靠近黑洞時,黑洞會產生巨大的潮汐力,首先物體會被黑洞撕成碎片,而這些物體會被黑洞陸續吸進去,在一般情況下,被黑洞吞噬的物質會一邊圍繞黑洞旋轉,一邊向黑洞中心靠近,在這個過程中,由于角動量守恒,這些碎片距離黑洞越近,其圍繞黑洞旋轉的速度就會越快,當大量的物質集中在一起時,物質的密度就會越來越高,大量的物質會在黑洞周圍形成一個圍繞黑洞高速旋轉的盤狀結構,這個結構被稱為是吸積盤。

現在科學家已經在宇宙中發現了很多黑洞,在每一個星系的中心區域都存在一顆大質量的黑洞,比如說在我們的銀河系中心,就存在一顆大質量的黑洞,整個銀河系都在圍繞這顆黑洞運動,星系的面積越大,中心黑洞的質量就越大,或許在我們的宇宙中心,存在一個超出人類認知的黑洞,這顆黑洞控制著整個宇宙轉動。

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