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黑洞2020/4/28 14:58:41 |
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一直以来，黑洞都是充满着神秘色彩的，虽然在很多影视作品中都有提及和模拟出来，但真正被世人看到的却没有。不过，近期世界上第一张黑洞照片被冲洗出来了。人们看到了黑洞洞口的模样。不过，看是看到了，但很多人还是不懂什么是黑洞?到底黑洞是什么东西呢?黑洞是怎么形成的?我们一起来了解。
黑洞是什么东西
黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种天体。它只允许外部物质和辐射进入，而不允许其中的物质和辐射脱离其边界。因此，人们只能通过引力作用来确定它的存在，所以叫做黑洞。也叫坍缩星。
黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。
1916年，德国天文学家卡尔史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰阿奇博尔德惠勒命名为“黑洞”。
黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。
北京时间2019年4月10日21时，在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京同时召开新闻发布会，以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布“事件视界望远镜”的第一项重大成果。
黑洞是怎么形成的
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。
也可以简单理解为：通常恒星最初只含氢元素，恒星内部的氢原子核时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于氢原子核的聚变产生新的元素——氦元素，接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定，参与聚变时释放的能量小于所需能量，因而聚变停止，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”，是因为它产生的引力使得它周围的光都无法逃逸。跟中子星一样，黑洞也是由质量大于太阳质量好几十甚至几百倍以上的恒星演化而来的。
当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径)，质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。
黑洞的特征
一个由美国、英国、意大利和奥地利科学家组成的国际研究团队，根据先前的研究和通过超级计算机的模拟，发现黑洞、引力波和暗物质均具有分形几何特征。有专家认为，这一重大发现将导致对天文学甚至物理学诸多不同领域的深刻认识。
黑洞是宇宙空间内存在的一种密度无限大、体积无限小的天体，所有的物理定理遇到黑洞都会失效;它是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后，发生引力坍缩产生的。当黑洞“打嗝”时，就意味着有某个天体被黑洞“吞噬”，黑洞依靠吞噬落入其中物质“成长”;当黑洞“进食”大量物质时，就会有高速等离子喷流从黑洞边缘逃逸而出。科学家利用流体动力学和引力相关理论并通过超级计算机进行模拟后得出结论——“进食”正在成长过程中的黑洞，将会使其形成分形表面。
“黑洞”一词命名者、美国著名物理学家约翰惠勒教授曾经说过：今后谁不熟悉分形几何，谁就不能被称为科学上的文化人。中国著名学者周海中教授曾经指出：分形几何不仅展示了数学之美，也揭示了世界的本质，从而改变了人们理解自然奥秘的方式;可以说分形几何是真正描述大自然的几何学，对它的研究也极大地拓展了人类的认知疆域。可见，分形几何有着极其重要的科学地位。
黑洞是宇宙中最神秘的自然现象。它为什么具有分形几何特征，其原因现在还是一个谜。
讯 自人类公布第一张黑洞照片以来，关于黑洞的遐想，又变得火热。甚至有人还想过，如果人掉进了黑洞会怎么样？以目前人类对黑洞的已知范围来说，人掉到黑洞里，乐观一点的说，能留个全尸已经算是最好的下场了，一般情况下人会被撕成两截。
梦想很丰满现实却很骨感，被黑洞吸进去，跨越时间的可能性不大，更大的可能是被黑洞的引力压缩成无穷小，而密度变得无穷大，最终与黑洞融为一体。
虽然死在黑洞里也挺空虚寂寞冷的，但是在死亡的终点会变成宇宙的中心，这样一想是不是忽然觉得自己伟大了许多。
黑洞是一种引力极大，时间停止，质量也很大的天体，这时人会离黑洞越来越近，越来越近，人怎么逃都逃不掉，这时你会发现，人突然的变得非常长，长的像一根面条一样，然后撕成两半吞进黑洞，从头到脚还是从这边到那边，它受到的拉力都非常的不一样，靠近黑洞的那边拉力极大，而远离黑洞的那边拉力极小，这样靠近黑洞的那边就会被拉得越来越长，而远离黑洞的那边就被离黑洞比较近的那边拉过去，所以只要人遇见黑洞，那就是跑不掉的。
美国有科学家已证实，黑洞里居住着外星人，他们经过数万年漫长的进化已经对黑洞能量的运用了如指掌。黑洞对外星人而言，并不是破坏性的天体，而是一台多功能的设备，外星人可以通过黑洞来回穿梭，完成星际旅行。按理说黑洞中密度无穷大超强引力会撕裂这些外星人，但是这些外星人一定是掌握了某种科技力量能让自己在黑洞中非常的安全。
吸入黑洞人会死掉，举一个例子：如果你是一个宇航员你和你的朋友在太空飞行有一个黑洞，首先你的朋友会看见你变成红色，由浅到深，然后你会渐渐消失，这时你已经被吸入黑洞中了。
刚开始你在洞中不会感到不适，你会感到害怕，因为周围漆黑一片，自己的手也看不见，后来你会感到呼吸比较困难，还会感到身体很重，接着你会感到四肢无力十分疼痛，然后你的四肢会断裂脱离你的身体你就死了。四肢脱离、断裂是因为你被黑洞撕扯拉伸。
人类如果想到达黑洞的飞行器不可能穿越茫茫星际那么远，同样就如我们的太阳在有机会靠近黑洞那一刻，地球上的生命已经终结，如果真的一切都皆有可能，进入黑洞之后人还是人，物还是物。
真空下、失去阳光等等因素都能存活，黑洞只是引力特殊而已，并不会把进去的物质怎么样。
宇宙万物，成，住，坏，空。没有永远，只有无穷尽，被吸入空洞，会进入强大的磁场内，象一个黑暗的漩涡，肉体会成为尘埃，灵魂则进入另一个空间了，吾乎哀哉了，真是杞人忧天，真实地过好地球上的每一天，才是王道。
很多人以为黑洞这一概念是著名物理学家霍金提出的，但其实黑洞理论出现的时间比这更早。这一概念实际上是比较抽象的，多数人没法完全理解其含义。那么，到底黑洞是什么东西呢?黑洞是什么物质组成的?下面我们一起来看看专家们的解释。
黑洞是什么 黑洞是什么物质组成的
黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。
也可以简单理解为：通常恒星最初只含氢元素，恒星内部的氢原子核时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于氢原子核的聚变产生新的元素——氦元素，接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定，参与聚变时释放的能量小于所需能量，因而聚变停止，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”，是因为它产生的引力使得它周围的光都无法逃逸。跟中子星一样，黑洞也是由质量大于太阳质量好几十甚至几百倍以上的恒星演化而来的。
当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径)，质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。
黑洞是什么物质组成的?
黑洞中不存在我们所能理解的由基本粒子构成的物质,但是有能量。
被黑洞吸引的物质会在被吸引的同时受到强大的潮汐引力作用,使物体在一个方向上被拉伸,在另一个方向上被压缩(就像月球引力对地球的影响一样,这引发了海洋潮汐),最后,在接近黑洞中心的地方,物体中的粒子四分五裂落入奇点。
黑洞并不只是吞噬物质,它还在不断释放能量(根据狭义相对论,质量就是能量,所以可以说黑洞在不断释放质量),而且会越来越快,最后黑洞会爆炸,这是黑洞蒸发理论。
黑洞蒸发这个概念，是由英国著名的物理学家霍金于1974年提出来的。
根据量子场论，真空并不是绝对的空无一物，真空中会不断地着产生出正反粒子对，接着正反粒子对又在很短时间里湮灭。
什么是正反粒子对呢?物理学上由狄拉克方程预言每种微观粒子都存在有它的“反粒子”。
举个例子，我们知道电子是带负电荷的，而人们在实验中也发现了正电子，正负电子就是一对正反粒子对。
正反粒子一相遇就会发生湮灭，同归于尽,转化成高能的伽玛射线。
这是由于真空涨落,根据量子力学理论得出的结果,允许粒子从邻近的空间借一些能量从而成对出现,这样,根据能量守恒定律,两个粒子中一个粒子持有正能量,另一个是它的反粒子,持有负能量,但是就像银行贷款要偿还一样,正反粒子对最终要通过湮灭把能量还给空间。
霍金认为，在黑洞的周围，正反粒子对产生后有四种可能的结果：一、湮灭;二、一起落入黑洞;三、正粒子落入黑洞而反粒子逃脱出来;四、反粒子落入黑洞而正粒子逃脱出来。
最后一种结果的可能性最大。
反粒子带有负的能量，落入黑洞之后会使黑洞的能量减少，而逃脱出来的正粒子就好像是从黑洞向外发射出了能量。
这就是黑洞的蒸发。
很多人以为黑洞仅有一个，但其实宇宙中的黑洞有很多个，有的黑洞就会彼此环绕共舞，那场面是极其壮观的。那么，具体双黑洞共舞是什么意思?双黑洞共舞怎么样子的?我们一起来了解。
双黑洞共舞是什么意思 双黑洞共舞怎么样子的
据媒体报道，美国国家航空航天局(NASA)公布一项在OJ 287星系最新观测到的双黑洞“共舞”现象。
报道称，每12年较小黑洞都会两次不定时撞击穿过围绕在较大黑洞周边的碟状气层。撞击形成比整个银河系亮度还高的耀斑，证明黑洞“表面”边界或是光滑对称的。
此次观测的OJ287星系位于太阳背面，到地球距离约有35亿光年。“共舞”中较大黑洞是目前已探明体积最大的黑洞，较大黑洞体积是太阳的180亿倍，较小黑洞体积则是太阳的1.5亿倍。
小黑洞的环绕轨道呈不规则的椭圆形，每环绕一周都会因撞击出现位置偏移。撞击所产生的两个热气泡反向脱离气层之后，在48小时内亮度会翻4倍。
2018年，印度孟买塔塔基础科学研究所成功预测了2019年7月31日的撞击。此次撞击所产生的耀斑幸运地被同日进入观测窗口的NASA斯皮策太空望远镜捕捉。
关于双黑洞的研究：
2015年9月2日，由国家天文台陆由俊、闫昌硕和美国俄克拉荷马大学戴新宇、北京大学于清娟组成的研究团队发现，在距离地球最近的类星体Markarian231中隐藏着超大质量双黑洞。这是科学家首次用连续谱的特征方法发现证据确凿的双黑洞。该项研究成果发表在国际期刊《天体物理杂志》上。
陆由俊认为天文观测表明绝大多数星系中心都存在超大质量黑洞。而大质量星系是由小质量星系合并形成的，星系合并就不可避免地产生超大质量双黑洞。但实际上有关超大质量双黑洞存在的证据十分稀少模糊，且存在争议。
科研团队分析了离地球最近的类星体Markarian231的连续谱，发现其具有“极端并且令人惊奇的性质”，正好可以用超大质量双黑洞的相关理论来解释。
“如果在该类星体中心只存在一个黑洞，那么由其附近炽热气体形成的吸积盘就会发射大量的紫外射线。但我们发现，观测显示来自盘中心的紫外辐射骤然减弱，这说明吸积盘中心可能是由两个相互绕转的超大质量黑洞构成，它们与吸积盘的相互作用会将吸积盘内区物质扫除殆尽，那么紫外辐射就会骤然减弱。”陆由俊说。
通过构建动力学模型并与观测对比，研究团队发现中心主黑洞的质量约为1.5亿个太阳质量，而绕主黑洞旋转的次黑洞的质量则有4百万个太阳质量。它们的轨道周期为1.2年。双黑洞的共同旋绕会发射引力波、损失能量，并最终在几十万年后碰撞。
说到黑洞，我们不免会想到霍金，因为霍金生前曾经提出过关于黑洞的理论。当时，该理论备?受争议。那么，霍金黑洞理论是什么意思呢?霍金黑洞理论提出时间是什么时候?据说，后来霍金又自己推掉了这理论?这是为什么呢?我们一起来了解。
霍金黑洞理论是什么意思 霍金黑洞理论提出时间
在1974年，史蒂芬.霍金发现了黑洞的蒸发现象，从而改变了黑洞的经典图像：黑洞已不是完全“黑”的，也不单纯是个“洞”，它既可以通过吸积物质使质量增加，也可以向外发射物质，而使质量减小。
在量子力学里，真空并不意味着没有任何场，粒子或能量。量子真空是一种能量为最低的状态，它只是被称作“真空”而已，实际上能量为零的状态是不存在的。
霍金的计算表明，黑洞的蒸发辐射具有黑体的所有特征。它赋予了黑洞一个真实的，在整个视界上同一的，直接由视界处的引力场强度来决定的温度。
对史瓦西黑洞来说，温度与质量成反比。质量与太阳一样的黑洞，其温度是微不足道的，开氏(即绝对零度以上)十的负七次方度。不是零，但小的可怜;黑洞并不是完全的黑，但一点也不亮。很遗憾，这样低温的辐射实在太微弱了，是不可能在实验室中探测出来的。
霍金的计算还有一个重要发现：黑洞的质量越小，温度越高，辐射也越强。显然，蒸发只有对微型黑洞来说才有特别的影响，而微型黑洞的温度是很高的。在黑洞中，质量越大的黑洞，温度越低，蒸发的越慢;质量越小的黑洞，温度越高，蒸发的也越快。
霍金黑洞理论自己推翻
霍金指出，由于找不到黑洞的边界，因此黑洞是“不存在”的，黑洞的边界又称“视界”。经典黑洞理论认为，黑洞外的物质和辐射可以通过视界进入黑洞内部，而黑洞内的任何物质和辐射均不能穿出视界。
霍金的最新“灰洞”理论认为，物质和能量在被黑洞困住一段时间以后，又会被重新释放到宇宙中。他在论文中承认，自己最初有关视界的认识是有缺陷的，光线其实是可以穿越视界的。当光线逃离黑洞核心时，它的运动就像人在跑步机上奔跑一样，慢慢地通过向外辐射而收缩。
霍金称，黑洞从来都不会完全关闭自身，它们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量，随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。
他1月24日在《自然》报道发表的一篇论文中承认，黑洞其实是“不存在”的，不过“灰洞”的确存在。霍金提出“灰洞”理论是为了解决“防火墙悖论”问题而在“反德西特时空”中的模拟设定，并非黑洞真不存在，只是为了化解广义相对论与量子物理在黑洞中的矛盾。
黑洞的演变过程：吸积-蒸发-毁灭
吸积:
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较高的薄黑洞拉伸，撕裂并吞噬恒星
盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。
天体物理学家用“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。
蒸发：
由于黑洞的密度极大，根据公式我们可以知道密度=质量/体积，为了 黑洞喷射物不断变亮
让黑洞密度无限大，那就说明黑洞的体积要无限小，然后质量要无限大，这样才能成为黑洞。黑洞是由一些恒星“灭亡”后所形成的死星，他的质量很大，体积很小。但黑洞也有灭亡的那天，由于黑洞无限吸引，但是总会有质子逃脱黑洞的束缚，这样日积月累，黑洞就慢慢的蒸发，到了最后就成为了白矮星，或者就爆炸，它爆炸所产生的冲击波足以让地球毁灭10^18万亿次以上。科学家经常用天文望远镜观看黑洞爆炸的画面。它爆炸所形成的尘埃是形成恒星的必要物质。
毁灭：
黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。当英国物理学家史迪芬霍金于1974年做此预言时，整个科学界为之震动。
霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论。他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。
当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。这样，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失得更快。这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，因为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。
这两天，黑洞照片的出世轰动了全世界，这可是世界上首张黑洞的照片。据说，冲洗这张照片需要两年的时间。那么，到底黑洞照片怎么拍的呢?为什么黑洞照片冲洗这么难?专家总结了黑洞发布的三个难点。下面我们来看看黑洞照片发布三大难点是什么。
黑洞照片怎么拍的 黑洞照片发布三大难点是什么
全球多个国家和地区的科研人员组成“事件视界望远镜”项目(EHT)尝试观测黑洞的“事件视界”。何为“事件视界望远镜”?EHT是一个由分布在全球各地的射电望远镜组成的虚拟望远镜阵列，口径与地球直径相当，由全球200多位科研人员共同参与。
而黑洞照片为啥“冲洗”需要约2年时间呢，一方面是数据量非常大，涉及到全球八个不同地方的望远镜，另外是在数据处理的过程当中很多技术难点导致处理时间比较长。
中国科学院国家天文台研究员苟利军表示，这相当于第一次直接帮助我们确认黑洞的存在。
此前，天文学家都是通过各种间接的证据来表明黑洞的存在，而EHT项目，则是通过这个拥有地球直径的“虚拟望远镜”直接观测到了黑洞边缘的图像。人类首张黑洞照片的问世，将对研究黑洞具有重要意义。
黑洞照片发布三大难点是什么
第一张真实的黑洞照片来相当来之不易，早在2017年4月份就已经完成拍摄，但直到今天，过了整整两年，才有了第一张的照片。这其中过程非常困难，即便以超级计算机来处理，也需要非常漫长的时间。
为了拍摄到位于五千多万光年之外的超大质量黑洞，需要分布在全球的8个天文台的射电望远镜同时对目标进行拍摄。通过干涉技术，可以使射电望远镜的等效直径达到地球直径，从而有能力分辨出遥远黑洞的事件视界。
虽然实际的观测时间只有五天，但产生了海量的观测数据，相当于大型强子对撞机在五年内产生的数据。如此庞大的数据量，甚至都无法在线传输。为此，天文学家只能把数据记录在硬盘中，然后再送到两个独立的数据中心——马克斯普朗克射电天文学研究所和麻省理工学院。在那里，数据被超级计算机分别进行独立处理。
数据量不但极其庞大，而且处理起来还极其麻烦。因为环绕黑洞运行的气体运动非常复杂，没有现成的工具可以进行处理。另外，超级计算机还要校准不同望远镜接收到信号的时间差，而这又是一项庞大的工程。
总之，对于黑洞的数据处理是前所未有的。即便在超级计算机的辅助下，仍然需要两年的时间才能把第一张黑洞照片“冲洗”出来。
总结三大难点：
(1)数据运输花了很长时间，最后用飞机花了几个月运输千万亿大小字节的数据;
(2)对校准非常小心，观测所有黑洞在本质上起重要作用的小碰撞和摆动;
(3)内部设立独立审查小组处理所有数据。
黑洞是什么形状的?
在理想状态下，只要一个黑洞是孤立的，那么它就是一个绝对黑暗的空间。黑洞到底是什么，我们谁也不知道，只知道它们可能存在，但绝对是看不见它的。根据科学家们的探测，只有通过在事件视界区域的发光，才有可能确定它的存在。出现这种情况有两个原因：
(1)黑洞制造了一个弥漫气体尘埃云的图像，里面的密度在不断增加。
(2)通过黑洞附近的光量子，改变了它的轨迹。有时这种变形是如此巨大，以至于在它进入内部之前，光线在其周围弯曲可达数次。
根据天文学家的说法，这颗恒星是有形状的，它看起来就像一弯新月。这是因为面对观察者的一方，由于特殊的空间原因，看起来总是比另一方更明亮。“新月”中间的黑圈就是一个黑洞。
