黑洞形成的最基本原理是什么
想必有很多人都知道黑洞，但是現(xiàn)在人們對(duì)黑洞的探索也僅在表面。下面是百分網(wǎng)小編為你精心推薦的黑洞形成的原理，希望對(duì)您有所幫助。
黑洞形成的最基本原理
黑洞是一種引力極強(qiáng)的天體，就連光也能被吞噬。當(dāng)恒星死亡時(shí)，巨大的內(nèi)核崩塌并收縮，導(dǎo)致引力被濃縮到一個(gè)很小的區(qū)域，當(dāng)這個(gè)范圍小到一定程度(小于史瓦西半徑)時(shí)，就連垂直表面發(fā)射的光都無(wú)法逃逸了。
至于黑洞是怎么形成的，當(dāng)一個(gè)比質(zhì)量大8倍以上的恒星死亡時(shí)，它們會(huì)在引力的擠壓下發(fā)生爆炸，形成超新星�？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，有些恒星更為龐大。這些超巨星比太陽(yáng)還重100倍，它們死亡時(shí)引發(fā)了宇宙中最劇烈地爆炸，形成了超超新星，黑洞就是這樣誕生的。
我們以大犬座VY超巨星為例，它是人類已知的最大恒星，直徑約30億公里。像所有恒星一樣，它就像一個(gè)不斷向外噴發(fā)能量的核聚變反應(yīng)堆，于此同時(shí)它的強(qiáng)大引力向內(nèi)擠壓。幾百萬(wàn)年以來(lái)，核聚變和引力互相抗衡。當(dāng)恒星的燃料耗盡，核聚變也隨之停止，引力贏得了最終的勝利!
一毫秒后，恒星的內(nèi)核被引力壓縮至原體積的幾分之一，一個(gè)嬰兒黑洞誕生了。它立即從內(nèi)部開(kāi)始吞噬恒星的剩余部分，其吞噬速度相當(dāng)于每秒100萬(wàn)個(gè)地球質(zhì)量。這一過(guò)程只需要不到幾毫秒，恒星的其它部分甚至還沒(méi)有反應(yīng)過(guò)來(lái)，內(nèi)核就已經(jīng)被吞噬了，所以此時(shí)恒星已經(jīng)成為了行尸走肉。
隨后，失去內(nèi)核的恒星整體結(jié)構(gòu)開(kāi)始向黑洞中心轟然倒塌并引發(fā)劇烈爆炸，爆炸產(chǎn)生的能量可以比太陽(yáng)100億內(nèi)里釋放的所有能量還多100多倍。當(dāng)恒星爆炸的灰燼散去之后，黑洞將從恒星的內(nèi)部顯現(xiàn)出來(lái)。
黑洞形成原因
宇宙早期的星云物質(zhì)--絕大部 分是氫的極其稀薄的氣體--由于自身的引力作用而收縮成恒星。由于收縮過(guò)程中氣體原子相互碰 撞的頻率和速度越來(lái)越高，導(dǎo)致氣體溫度上升并最終使恒星發(fā)光。當(dāng)溫度如此之高，以致于氫原 子碰撞后不再離開(kāi)而是聚合成氦，這被稱為"熱核聚變"。聚變釋放出的巨大能量使恒星氣體的壓 力進(jìn)一步升高，并達(dá)到足以平衡恒星內(nèi)部引力的程度，于是恒星的收縮停止下來(lái)，并在相當(dāng)長(zhǎng)的 時(shí)間里穩(wěn)定地燃燒。當(dāng)恒星耗盡了這些氫之后，由于核反應(yīng)的減弱而開(kāi)始變冷，恒星氣體的壓力 不足以抵抗自身引力的而導(dǎo)致恒星重新開(kāi)始收縮。恒星中的氦元素發(fā)生聚變形成碳或氧之類較重 的元素。但這一過(guò)程并沒(méi)有釋放太多的能量，恒星繼續(xù)收縮。
諾貝爾獎(jiǎng)得主，印度裔美籍科學(xué)家強(qiáng)德拉塞卡在1928年指出，由于"泡利不相容原理"(在同 一軌道不存在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的粒子)的作用，當(dāng)恒星進(jìn)一步縮小時(shí)，物質(zhì)粒子靠得非常 近并且必須嚴(yán)格地遵守不相容原理，因而粒子之間發(fā)散的趨勢(shì)平衡了恒星自身的引力，使恒星不 再縮小。如果這個(gè)不相容原理引起的排斥力是電子間產(chǎn)生的，那么恒星將坍縮成為一顆半徑為幾 千英里，密度為每立方英寸幾百噸的冷恒星--"白矮星"�？茖W(xué)家們已經(jīng)觀測(cè)到大量的白矮星。坍 縮的另一種形式為"中子星"--它上面的的電子早已被引力拉到質(zhì)子上，因此這種恒星全部由中子 組成，并靠中子間不相容原理引起的排斥力抗衡自身引力以維持"體形"。它們的半徑只有10英里 左右，密度為每立方英寸幾億噸。中子星同樣已經(jīng)為觀測(cè)所證實(shí)。
強(qiáng)德拉塞卡同時(shí)計(jì)算出，當(dāng)恒星質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量的一倍半時(shí)，即使不相容原理也無(wú)法阻擋 恒星的繼續(xù)坍縮，恒星將無(wú)休止的收縮，直至體積為零!此時(shí)的物質(zhì)密度和空間--時(shí)間曲率將無(wú) 窮大。所有的科學(xué)定律將在此失效。這就是我們前面所提到的"黑洞奇點(diǎn)"。
事實(shí)上存在著這樣一種情形：超過(guò)強(qiáng)德拉塞卡極限的恒星在耗盡自己的燃料時(shí)，它們可能會(huì) 在被稱為"超新星爆發(fā)"的巨大爆炸中拋出大量的物質(zhì)，使自己降到極限質(zhì)量之下從而避免坍縮。 但這不可能總是發(fā)生，即使總是發(fā)生，那么如果將額外的物質(zhì)加在白矮星或中子星上，結(jié)果又將 這樣呢?
科學(xué)家們感到震驚，他們無(wú)法相信這一理論并對(duì)它懷有敵意。他們紛紛撰文試圖證明恒星 體積不會(huì)收縮到零，這其中也包括愛(ài)因斯坦。
但是，史蒂芬·霍金和羅杰·彭羅斯于1965和1970年的研究指出，如果廣義相對(duì)論正確的話 那么在黑洞中必然存在著無(wú)限大密度和空間--時(shí)間曲率的奇點(diǎn)。這個(gè)奇點(diǎn)和大爆炸類似，是一切 事件的終結(jié)之處，科學(xué)定律可預(yù)見(jiàn)性都將失效。
黑洞的存在爭(zhēng)議
相關(guān)論文分別發(fā)表在著名的預(yù)印本網(wǎng)站ArXiv和《物理快報(bào)B》雜志上。“得出這個(gè)結(jié)論后，即便我本人都感到十分震撼。”提出這一理論的'美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校理論物理學(xué)教授勞拉·梅爾西尼—霍頓這樣描述自己的感受。她說(shuō)：“科學(xué)家們研究這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)超過(guò)了50年，而這個(gè)解決方案給了我們?cè)S多新的思考。”1974年，霍金通過(guò)量子力學(xué)的方法得出結(jié)論：黑洞不僅能夠吸收黑洞外的物質(zhì)，同樣也能以熱輻射的方式向外“吐出”物質(zhì)。而這種量子力學(xué)現(xiàn)象，就被稱為霍金輻射。物理學(xué)家組織網(wǎng)2014年9月25日(北京時(shí)間)報(bào)道稱，新研究中梅爾西尼—霍頓描述了一種全新的方案。她和霍金都同意，當(dāng)恒星因自身的引力發(fā)生坍塌時(shí)會(huì)產(chǎn)生霍金輻射。但梅爾西尼—霍頓認(rèn)為，發(fā)出這種輻射后，恒星的質(zhì)量也會(huì)不斷地發(fā)生損失。正因?yàn)槿绱耍?dāng)這些恒星坍縮時(shí)就不可能達(dá)到形成黑洞所必須的質(zhì)量密度。她認(rèn)為，垂死的恒星在發(fā)生最后一次膨脹后，就會(huì)爆炸，然后消亡，奇點(diǎn)永遠(yuǎn)不會(huì)形成，黑洞視界也不會(huì)出現(xiàn)。
根本就不會(huì)存在像黑洞這樣的東西。其實(shí)早在今年年初，霍金就曾通過(guò)論文指出在經(jīng)典理論中黑洞是不存在的，他承認(rèn)自己最初有關(guān)視界的認(rèn)識(shí)是有缺陷的，并提出了新的“灰洞”理論。該理論認(rèn)為，物質(zhì)和能量在被黑洞困住一段時(shí)間以后，又會(huì)被重新釋放到宇宙中。黑洞這一定義在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間推測(cè)后，已經(jīng)慢慢被人們所接受。然而霍金今年年初發(fā)文否認(rèn)黑洞的存在，取而代之提出了“灰洞”理論，這在物理學(xué)界掀起了不小的波瀾。如今，梅爾西尼—霍頓直截了當(dāng)?shù)胤Q“根本就不會(huì)存在像黑洞這樣的東西”，這無(wú)疑成為又一枚重磅炸彈——盡管梅爾西尼—霍頓遠(yuǎn)不及霍金出名。當(dāng)然，想以一己之力推翻既有的理論并不那么容易，需要更多有說(shuō)服力的證據(jù)加以佐證。
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