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何香涛教授讲天文:一起走入黑洞的世界
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章节目录 第 7 节 走进黑洞——黑洞的物理性质(第1页/共2页)
文 /
外语教学与研究出版社
言|情|小|说|吧
前面我们从方方面面都谈了黑洞
今天我们深入地讨论一下
从物理结构和物理本质探讨一下黑洞究竟是一个怎样的结构
通俗的说法都说
黑洞是因为逃逸速度大过了光速
所以光出不去了
这个概念实际上从牛顿力学来说的
从广义相对论来讲
很重要的一个结果就是我们的时空是弯曲的
特别是如果有大质量的物体存在
例如黑洞
就会使周围的空间产生弯曲
黑洞就是这样
因为黑洞周围的引力场特别强
所以周围的空间就发生弯曲
空间的弯曲就等于是把黑洞里边和黑洞外边完全隔绝了
所以我们管这个面叫作临界面
通俗一点儿讲就叫视界
下面我们看一个黑洞的模型
这就是一个黑洞的模型
那么在弯曲时空里
也就在视界的表面
有两种现象特别突出
一种现象
如果你带一个钟到黑洞的附近靠近视界
你就会发现
这个钟越走越慢
越走越慢
等走到视界的边缘
这个钟就完全停摆了
也就是这个时间就拉成了无限长
另外一点
如果是一个电磁波
到了黑洞的附近以后
它的波长由于引力的作用
非常强的引力作用
使得波长就变长了
比方说
你发出了一束光
光的波长变长了
就意味着这束光的颜色越来越红
所以起了一个名字叫作引力红移
当年验证广义相对论有三种办法:
一种办法叫引力红移
就刚才说的
我们可以考察黑洞表面的电磁辐射
发现它有红移
第二件事情是什么呢
就是光线弯曲
可以通过观测日全食看到光线弯曲
广义相对论提出来不久
有一位英国的天文学家叫爱丁顿
到南非去
一观察就发现了光线弯曲
第三个验证就说我们水星绕太阳运动
由于强引力的作用
水星运动的周期
或者说这个轨道
会有一种特殊的变化
我们管它叫水星近日点的进动
这三个验证出来以后
就确立了广义相对论是正确的
好
回过来
还是说我们的引力红移
那引力红移到了黑洞的表面
由于引力红移越来越大
这光波就变成无限长了
换句话说
看不到了
那你信不信呢
有人说我不信
我去验证一下
怎么验证呢
比方说
我坐架飞机到黑洞那儿去考察一下
行不行
你们看这张图片
有个人坐了飞机来了
小心了
黑洞的引力太强了
如果你真的坐到飞机来了
这个黑洞就会无情地把你整架飞机都给吞进去
这个人说了
我不怕
我带着相机
算是掉进黑洞里
我拍一批照片也不错啊
可以告诉大家黑洞的情形
黑洞在吞噬物体的时候
不像一般的情况
而是要把这个物体
把它撕碎了
才能吞噬进去
这种力我们叫作黑洞的潮汐力
我提到潮汐
大家可能就意识到了
潮汐对我们地球人来说并不陌生
海水旁边有什么
有早潮有晚潮
所以起个名字叫作潮汐
太阳
月亮和地球排成了一条直线
这时候的潮汐力就最强
回过来再看我们的黑洞
由于黑洞的引力特别强
所以一个物体靠近黑洞的时候
同样地
对这个物体的靠近黑洞的一边和远离黑洞的一边
引力不一样
所以这个引力就一定要把这个物体先给拉碎了
然后再吞噬进去
如果你真的进入了黑洞
也就是进入了黑洞的视界里边
你就会发现
你像自由落体一样
飞快地就进入到了黑洞的中心
中间已经没有任何阻力
而且你会发现没有任何感觉就到了黑洞的中心
那么黑洞的中心是什么呢
黑洞的中心叫作奇点
奇怪的奇
奇点
那黑洞也是一个天体
那黑洞的结构为什么和普通的天体不一样呢
我们回过来再说
我们说有一个天体
比方说我们的地球
我们的太阳
照理说都有万有引力
这个万有引力的作用是把这个物体怎么样
收缩到一起
收缩得是越来越小
对于太阳来说
它也需要有一种力来抗衡引力的收缩
这样太阳才不能收缩到一起
那太阳用什么来抗衡
就是用太阳的气体压力和辐射压力
所以任何一个星球
恒星也好
地球也好
总有一种力来抵抗引力的收缩
所以这样才能维持平衡
到了黑洞
情况不一样了
那么进入了黑洞的视界以后
你会发现那里边没有任何力可以抵抗了
换句话说这个引力是主导作用
既然只有引力
没有其他的力可以抗衡引力
所以凡是进入到黑洞里边的物体
就飞快地落到了黑洞的中心
这个中心就叫作奇点
黑洞的中心
我们叫作奇点
也就是黑洞的核心
那核心是一个什么东西呢
现在的物理学还没有完全研究清楚
不过根据我们的理论计算
这个黑洞的中心
这个奇点
从理论上说就是一个点
没有大小
没有半径
真的就是一个点
那么从时间上来讲
这个点就是时间的终结
换句话说
在这个地方我们就脱离了普通的计时系统
也没有快
也没有慢
而且没有结构
我讲到这里
大家一定觉得非常奇怪
这个奇点到底是什么东西呢
我可以坦率地告诉大家
这是目前我们从物理研究理解的应该是这样
那真实情况是不是这样呢
我们也说不清
换句话说
我们有关黑洞内部的真实的物理结
https://www.yanqingzhan.net
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