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黑洞有什么热门事件?宇宙黑洞谁拍的引起热门话题

2019-04-15 16:50 来源于:未知
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史上最牛网导读: 相关话题事件们: 黑洞里面是什么、 四维空间的生物就是鬼 、宇宙黑洞、 黑洞新闻 、二名宇航员被吸入黑洞、 黑洞吞噬的东西去哪了、 白洞与黑洞谁厉害 、人类在2012已经死了、

相关话题事件们:

黑洞里面是什么、 四维空间的生物就是鬼 、宇宙黑洞、 黑洞新闻 、二名宇航员被吸入黑洞、 黑洞吞噬的东西去哪了、 白洞与黑洞谁厉害 、人类在2012已经死了、 黑洞有人进去过吗?

这个神秘的黑洞困扰人类已经有一百年了 如今很快就成了最热门的话题时间。 黑洞图像揭示了星系团中超大质量的 Messier 87中心的黑洞。黑洞距离地球5500万光年,质量是太阳的65亿倍。

#什么是黑洞#
一张科普图让你看懂黑洞

黑洞的英语说法

  black hole

  collapsar

  黑洞的相关短语

  黑洞热力学 black-hole thermodynamics;

  黑洞物理 (学) black-hole physics;

  黑洞学说 {天} theory of a “black hole”

(以下科普图转自中新网微信公众号)
黑洞有什么热门事件?宇宙黑洞谁拍的引起热门话题

 

从爱因斯坦、霍金的理论阐述,到《黑洞》《星际穿越》的时空旅行,近一个世纪的追寻,我们终于印证了自己的好奇心,遥不可及的世界突然有了触手可及之处。
 

今天我们选摘了霍金在《十问》中阐释黑洞的一章,它是确凿的科学事实,却比科幻小说家的任何幻想更怪异、更离奇。

黑洞有什么热门事件?宇宙黑洞谁拍的引起热门话题

《十问:霍金沉思录》

[英] 史蒂芬·霍金(Stephen Hawking) 著

吴忠超译

湖南科学技术出版社出版

Q:对于太空旅行者,跌入黑洞是否为坏消息?

A:“绝对是坏消息。如果它是一个恒星质量的黑洞,你会在到达视界之前被制成意大利面。另一方面,如果它是一个超大质量的黑洞,你将轻松地越过视界,但在奇点处被毁灭。”

黑洞中是什么?

黑洞有什么热门事件?宇宙黑洞谁拍的引起热门话题

▲ 4 月10 日21 点公布的人类首张黑洞照片

据说事实有时候比小说更奇怪,而且找不到比黑洞的情况更能真实地体现这一点的了。黑洞比科幻作家梦想的任何东西都更奇怪,但它们是坚实的科学事实。

1783 年,剑桥人约翰·米歇尔首次讨论了黑洞。他的论证如下:如果一个人垂直向上发射一个粒子,诸如一个炮弹,它会由于引力而减速。最终,粒子将停止向上运动,并将回落。然而,如果最初的向上速度大于某个临界值(称为逃逸速度),则引力永远不会强到足以阻止粒子,它就会逃脱。地球的逃逸速度仅稍大于每秒11 千米,而太阳的逃逸速度约为每秒617 千米。两者都是远远高于真正的炮弹的速度。但它们与光速相比又较低,光速是每秒30 万千米。因此光可以轻而易举地离开地球或太阳。然而,米歇尔认为可能存在质量比太阳大得多的恒星,其逃逸速度比光速还大。我们将无法看到它们,因为它们发出的任何光都会被引力拖曳回来。因此它们被米歇尔称为暗星,而我们现在称之为黑洞。

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为了理解它们,我们需要从引力开始。爱因斯坦的广义相对论描述了引力,这是一个空间和时间的,也是引力的理论。空间和时间的行为受制于一组称为爱因斯坦方程的方程,那是爱因斯坦于1915 年提出的。虽然引力是迄今为止已知的自然力中最弱的,但它有两个比其他力更关键的优势。首先,它的作用是长程的。太阳距离我们9300 万英里,它将地球保持在轨道上,而太阳被保持在围绕银河系中心的轨道上,该中心大约在10000 光年远。第二个优势是引力总是吸引的,不像电力,它可以吸引,也可以排斥。这两个特征意味着,对于一个足够大的恒星,粒子之间的引力可以支配所有其他的力,并导致引力崩溃。尽管存在这些事实,科学界仍然未能很快地意识到大质量的恒星可能会在自己的引力作用下往自身坍缩,并弄清楚留下的天体会如何行为。阿尔伯特·爱因斯坦在1939 年甚至写了一篇论文,声称恒星在引力作用下不能坍缩,因为物质不能被压缩超过某种程度。许多科学家分享了爱因斯坦的直觉。美国科学家约翰·惠勒是主要的异见者,他在很多方面都是黑洞故事中的英雄。在他20 世纪50 年代和60 年代的研究中,他强调许多恒星最终会坍缩,并探讨了这对理论物理学带来的问题。他还预见到坍缩恒星变成的天体——黑洞的许多属性。

在一颗普通恒星超过数十亿年寿命的大部分时间中,它将依赖把氢转化为氦的核过程产生的热压来抵抗其自身的引力。然而,这颗恒星最终将耗尽其核燃料,恒星将收缩。在某些情况下,它可能成为白矮星,那是恒星核心的密集残余。然而,1930 年,苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡证明白矮星的最大质量约为太阳的1.4 倍。俄罗斯物理学家列夫·兰道计算出一个类似的最大质量,适用于完全由中子构成的恒星。

那些质量大于白矮星或中子星最大质量的无数恒星,一旦耗尽了核燃料其命运将会如何?后来因原子弹成名的罗伯特·奥本海默研究了这个问题。1939 年,他在和乔治·沃尔科夫与哈特兰·斯奈德合作的两篇论文中,证明了压力不可能支持这样的恒星。而如果人们忽视压力,均匀的球状对称的恒星就会收缩到一个无限密度的点。这样的点被称为奇点。我们所有的空间理论都是在基于时空是光滑的、几乎平坦的假设之上而表述的,所以它们在奇点处,即时空曲率无限处崩溃了。事实上,它标志着空间和时间本身的终结。这正是令爱因斯坦非常反感的东西。

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然后第二次世界大战爆发了。包括罗伯特·奥本海默在内的大多数科学家,改为关注核物理,而引力坍缩问题基本上被遗忘了。随着被称为类星体的遥远天体的发现,对这个论题的兴趣又复活了。第一个类星体3C273 于1963 年被发现,许多其他类星体也很快相继被发现了。尽管它们远离地球,它们仍然很明亮。因为核过程作为纯粹的能量只释放出它们静止质量的一小部分,所以这无法解释它们的能量输出问题。唯一的替代解释是引力坍缩释放的引力能量。

恒星的引力坍缩被重新发现了。当发生这种情况时,物体的引力将其周围的所有物质向内吸引。很清楚,一个均匀的球状恒星将收缩到无限密度的一点,即奇点。但如果这颗恒星不是均匀的球状,将会发生什么呢?这种恒星物质的不对称分布是否会引起不均匀的坍缩,并避免出现奇点?在1965 年的一篇引人注目的论文中,罗杰·彭罗斯证明,只要根据引力是吸引的这个事实,仍然会存在一个奇点。

爱因斯坦方程不能在奇点处定义,这意味着在这一具有无限密度的点上,人们无法预测未来。这意味着,只要一颗恒星坍缩就会发生奇怪的事情。如果奇点不是赤裸的,也就是说,它们对外界屏蔽的话,我们就不会受到预测崩溃的影响。彭罗斯提出了宇宙监督猜想:由恒星或其他天体坍缩而形成的所有奇点都隐藏在黑洞内部而不被看到。黑洞是引力太强以至于光线无法逃逸的区域。宇宙监督猜想几乎肯定是正确的,因为许多证伪它的尝试都失败了。

约翰·惠勒在1967 年提出“黑洞”这个术语,它取代了早先的“冻星”这个名字。惠勒的新造词强调,坍缩恒星的残余本身就很有趣,和它如何形成无关。新名字很快就广为流行。

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▲ 约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler,1911 年7 月9 日—2008 年4 月13 日),美国物理学家、物理学思想家和物理学教育家。

从外面看,你不能知道黑洞里面是什么。无论你投入什么,或者无论它如何形成,黑洞看起来都是一样的。约翰·惠勒由于以“黑洞无毛”来表达这个原理而闻名于世。

黑洞有一个被称为事件视界的边界。正是在这个地方,引力刚好强到足以将光线拖曳回来并防止它逃脱。因为没有东西可以旅行得比光快,所以其他一切也都会被拖曳回来。跌入事件视界有点儿像乘独木舟越过尼亚加拉大瀑布。如果你是在瀑布上方,要是你足够快速划桨离开,你可以逃脱落下的命运。但是一旦你越过边缘就会完蛋,根本无法返回。当你越来越接近瀑布时,水流就变得越来越急。这意味着,拉独木舟的前部的力比拉后部的力更强大,独木舟会有被拉断的危险。黑洞的情形也一样。如果你的脚首先跌入黑洞,引力拉你的脚比拉你的头更厉害,因为脚离黑洞更近。结果你的纵向被伸展,而横向被压扁。如果黑洞的质量是我们太阳的几倍大,在到达视界之前,你就会被撕裂,变成意大利面条。然而,如果你陷入了一个大得多的黑洞,其质量超过太阳的100 万倍,那么作用到你整个身体的引力拉力将是相同的,你就会毫无困难地到达视界。所以,如果你想探索一个黑洞的内部,一定要选择一个大黑洞。在我们的银河系中心有一个黑洞,其质量约为太阳的400 万倍。

 

尽管当跌入黑洞时,你不会注意到任何特别的东西,但是从远处看你的人永远不会看到你越过事件视界。相反的,你似乎会放慢速度并在外面盘旋。你的形象会越来越暗淡,越来越红,直到你实际上从视线中消失。就外部世界而言,你将永远逝去。

北京时间2019年4月10日21点,事件视界望远镜(Eenter Horizen Telescope,简称EHT)在上海、台北、布鲁塞尔、圣地亚哥、东京和华盛顿,同时召开新闻发布会,公布了人类观测到的首张黑洞照片——室女座的椭圆星系M87的超大质量黑洞。

这个黑洞距离地球5500万光年,中心黑洞的质量是太阳的65亿倍。

这张照片也是人类为黑洞拍的第一张“证件照”。

在此之前,有关黑洞的照片大多来自于电影或科幻小说,人们想象的也大概是这样式儿的。

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电影中,对黑洞的想象图 /《星际穿越》

当然它也可以走几何风路线,可自行脑补你曾用过的电脑桌面。

而公布的照片,让黑洞——这个一直颇具神秘色彩的天体,终于被揭开面纱。

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人类拍摄的首张黑洞照片 / NASA Image and Video Library

段子手们纷纷上场,99年的事再也瞒不住。

认真说起来,这张照片的意义大致有四:

1、它为黑洞的存在提供了直接性的“视觉”证据。

2、它又一次证明了爱因斯坦十分牛X,呸,它又一次验证了广义相对论的正确性。

3、它能够帮助人类理解黑洞是如何“吃”东西和“吐”东西的。视觉信息让科学家们更好地重构、及深入研究其过程。

4、它让我们在一个看起来十分平常的一天,十分幸运地成为了这个宇宙中第一批亲眼看到黑洞的碳基生物。

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发布会屏幕上特地打出了“爱因斯坦是正确的” / 中国科学院物理研究事件视界望远镜重大成果发布会直播

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实际上,“首张黑洞照片”本没有人们想像得那么意义重大。

或者这样说:它并非一个从0到1的爆炸性消息。

先强调一个事实:

黑洞是看不到的。

具有庞大引力的它,时空曲率大到让光都无法逃逸。而这也是它被命名的原因。

所以黑洞不发出辐射,绕着它的一圈亮环是绕着黑洞转圈的光线,被称作吸积盘。因此,准确来说这次观测到的是黑洞附近的物质辐射。

“人类拍摄的首张黑洞周围的照片”或许是一个更为精准的表述。

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如果你看向一个黑洞,你看到的其实是视界线 / 《How to Understand the Image of a Black Hole》

另外,照片上的颜色也不是真的颜色,那是射电波。天文学家们用颜色对它进行描绘,属于“伪色成像”。

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黑洞照片的合成过程 / Washington Post

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科学家们捕捉图像的概念模拟图:视界面望远镜由位于四大洲的射电望远镜所组成,图中的黄色线条为连接这些望远镜的“基线”,由此构成了一架和地球大小相当的望远镜 / European Southern Observatory

所以,开头的那句话或许该这么写:北京时间2019年4月10日21点,事件视界望远镜公布了首张黑洞周围的伪色成像……

还长得很像“甜甜圈”。当然,这只是个玩笑。

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黑洞vs甜甜圈

不过这样一解释,似乎就没有那么令人兴奋了。

因为黑洞的存在并不需要照片证实,近几年双黑洞合并产生的引力波与数值模拟高度吻合——科学家们通过检测引力波已经确认了黑洞的存在。

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科学家在引力波研究中又取得了进展 / 中国科学院理论物理研究所

而说这验证了爱因斯坦的相对论,则有些言过其实了。这种说法并没有错,只是相对论早已被验证过无数次,爱因斯坦牛X也不是一天两天的事儿了。

早在1919年,英国天文学家亚瑟·爱丁顿和他的同事测量太阳附近的恒星位置时,广义相对论就已被证实。

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爱丁顿通过观测日全食时太阳附近星体的位置,证实了相对论 / BBC电影《爱因斯坦与爱丁顿》

不过,这依旧不妨碍人们对这张照片如潮的热情。

2

外行看热闹,既然如此我们激动个啥?

这场研究,很容易让我们联想到《流浪地球》里的设定。

在地球生死存亡之际,人类放下了偏见和分歧,因为拯救家园的共同目标团结一心。

只不过,电影终究是艺术想象,走出电影院的我们,感动之余对人类众志成城的信心并没有增加多少。

而此刻,我们欣喜地发现,人类也可以因为一个共同的关注而携手。

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华盛顿召开新闻发布会,展示人类史上首张黑洞照片 / 视觉中国

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上海,EHT项目和中国科学院共同发布人类史上首张黑洞照片 / 视觉中国

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比利时召开新闻发布会,展示人类史上首张黑洞照片 / 视觉中国

这张照片的面世几乎集结了全球相关领域的科学资源、科研人员、望远镜、数据处理中心,光是数据处理就用了2年时间。

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科学家们连接了全球八个望远镜,来捕捉黑洞的图像 / European Southern Observatory

“时间、空间、生命起源”的概念和24所科研机构的logo共同出现在发布会上,仿佛可见这24所机构中参与项目的百余位科学家,用分布在世界各地的射电望远镜,托举着这些基本却又难以说透的概念,并在将它们不断厘清的道路上前行。

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参加本次黑洞图像捕获的科研机构 / 中国科学院物理研究事件视界望远镜重大成果发布会直播

而除了成果,它更大的意义在于科学家们传递出的,对未知无尽的求索愿望。

发布会后,他们指着那张光影模糊的照片说:今年三月,我们已经开始寻求获得更清晰图像的方式了。

千百年来的探索和积累,不断丰富着科学的内涵。

回首看,量子力学的提出、引力波的发现、黑洞“照片”……科研进入群体力量时代已成大势,依靠一个天才改变整个科学局面的情况越来越少。

也许不能复制牛顿、爱因斯坦、霍金等类似的伟大有些遗憾,但科研从灵感火花的偶然闪现逐渐成为一项更专业系统的技术活,却是我们对未知道路更有把握的开始。

中国为什么要建“天眼”,就是为了能听见宇宙的声音,为解惑增添多点可能。

如果说,一张黑洞的照片在中年人群中引发的是无限追忆,那它在孩子们的眼中可能就是梦想产生的契机,是将未来、人生、道路这些陌生的词语与当下生活重叠的奇点。

而这,或许是这张照片对于科普工作最深远的影响之一。

也许,几十年后,带领我们走向更广阔宇宙的那群人,正是被这个黑洞吸引住的点点星火。

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霍金在南加州大学讲解黑洞 / 《Stephen Hawking Lecture - How to Escape Out of a Black Hole》

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《生活大爆炸》的歌词讲述了这样一个受到较多认可的宇宙宿命:

“It's expanding ever outward but one day.It will cause the stars to go the other way,Collapsing ever inward, we won't be here, it wont be hurt."

宇宙不断向外膨胀,直到有这样一天,它使星球返向运动,从内部开始坍塌,那时我们都已不在,疼痛也无从说起。

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黑洞的诞生 / 《Black Holes Explained – From Birth to Death》

似乎从纯粹物质的角度来说,或者从时间流动的宏观层面来说,存在与消逝是极度客观无可逆转的,仿佛所有的一切都会被无可抗拒地、由不可被肉眼所见的力量推倒、湮灭。

而我们这样的心潮澎湃,或许还是因为对宇宙心存敬畏。

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尘土飞扬的星云 / NASA Image and Video Library

记得曾看过的话剧这样表述:“每当人类自大的时候,只需要抬头看看夜幕降临后的满天星斗,只需要抬头看看高悬头顶的天。”

地球不过是宇宙边缘的银河系里无数恒星中一颗名为太阳的行星之一。人类只是地球上千万物种中偶然产生的其中一支。我们自己,包括我们目力所及范围内的一切都是一些夸克、胶子的合成品。

所有这些东西都诞生于某颗超新星爆发的最后时刻。

所以,我们是宇宙的孩子,或者说,我们是星空的孩子。

孩子面对父母,如何不敬畏?

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红蝴蝶一样的W40星云 / NASA Image and Video Library

可是我们眼前的生活往往是如此的庞大,庞大到不再有星空容身的地方。

经济、政治、文化、国家、民族、战争、法律、新闻、社会、金钱、事业、假期、亲情、友情、爱情、天气、温度、衣服、饥饿、权力、欲望……

你爱一个女孩子爱得死去活来,痛苦流涕;你为一次学业或事业的失败垂头丧气,郁郁寡欢;你为死去的人哭,为活着的人笑……

我们只注意到与自己直接相关的事情。

但没注意到,这些都不影响小行星撞击地球把人类文明毁得一干二净;不影响地球的磁极倒转,灭亡百分之六十的物种;不影响太阳烧干,世界陷入永恒的黑暗。

工业革命的发展、相对论和量子论的提出……经历了这么多,似乎所有东西都将被人类按部就班地解决,所有问题都将被人类按部就班地回答。我们不再对世上的任何东西存有长久的尊敬。

灯泡的发明物理地割断我们与夜晚的部分联系。我们常常忘记,那个一抬头就是满天星斗的日子,不过才过了一百多年。

可就在这时,就因为这张照片,我们与宇宙那一点说不清道不明的关系一下子又跳了出来。我们仿佛能看到那广阔神秘的星空像一幅巨幕一样在面前展开,投射着那些遥远恒星在亿万年前发出的光芒。

这张黑洞的照片就像一壶暖过的烧酒,叫我们一下子把那在胃肠里隐隐发作的想念给提了上来。

那些理想照不进现实的当下,都浪漫地让人落泪。

来自:网易公开课

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