茅塞顿开顿是什么意思 5个黑洞问题 让你茅塞顿开
我只在星际迷航中听到过“歪曲洞”一说。
或许你想到了虫洞?如果你想到了,让我来帮你描述一下什么是虫洞,还有人们认为虫洞是什么。
虫洞——时空穿梭的“捷径”,其作为爱因斯坦的广义相对论中一些方程式的解而首次进入人们的认知。然而不幸的是,第一个解表明当你穿过虫洞的时候,他们会将你撕成碎片(也就是说,在实际操作上行不通)。
在20世纪80年代中期,卡尔·萨根的小说重燃了人们对穿越虫洞的兴趣,在小说中他构建了一个可以平安穿梭的虫洞。因其也是一个著名科学家,他不想只是胡乱编造一些毫无意义的行话,所以他召唤了他加州理工学院的教授朋友——一名广义相对论方面的专家加入创作。
索恩和他的同事给出了这个方程式的几个可能的解,使得虫洞得以安全穿越。唯一的解释是它们由一种所谓的负能量的“舶来品”构成,这没有听起来那么不可置信,但可能性也不太大。
顺便一提,关于虫洞和超光速旅行的一个狡猾之处是,你看似可以在任何超光速运动的时间实现时光倒流(这是爱因斯坦相对论的结果之一)。
这样的话,如果你有一个虫洞便可以实现时光旅行,这会引致一系列的悖论:其中最普遍的叫做“祖父悖论”。在这种悖论中,我们假设我是一个才华横溢的科学家,但在生活中却是一个混蛋,我发明了一个时光机器,并利用这个时光机器穿越到我祖父和祖母相遇前杀了他。
因为祖父死了,所以我父亲也不会存在,那么我就也不会存在,我也就不可能发明时光机器而回去杀了他,这也意味着他能够和我祖母相遇并诞下我父亲,我父亲再生下我,这样我才可能发明时光机器去杀他…所以,看到了吗,像这样的悖论说服人们相信你不能够实现时光旅行,所以你也不能走得比时间更快,但却没有看起来这样容易信服。
最简单来说,真正能转化的是质能,而不仅仅是物质。这也就是说,举个例子,核反应发生时所释放的能量背后隐含着质量的减少作为补偿。这就是爱因斯坦质能方程式E=mc^2的含义,其中,E为能量,m为质量,c为光速。因此,你可以将这个过程看作是物质向引力能的转化。
用另一种方式来说,这就像是爱丽丝梦游仙境中的柴郡猫(消失后却留下了它的笑容),物质消失在黑洞中但其引力却仍然存在。然而,在更深的层面上究竟发生了什么,我们的确不知道。
问题在于,根据我们现行的理论,物质将会运动到黑洞中心密度无限大的奇点处,但在一个理论中“无限”往往意味着某些问题的出现。物质可能转化为某种超密度的量子天然贵金属,为了获得更好的想法,我们需要对现行理论进行扩展。
你所提及的物质喷射是另一种有趣的现象。喷射流中的物质从未进入黑洞,事实上,进入黑洞的物质也不会再出来。然而,在黑洞附近高速运动的物质流创造了巨大能量,所以在喷射流中的某些物质会被抛出。如果你感兴趣的话,可以参考我和我的两个同事(克里斯·雷诺兹和安妮塔·克里希纳穆斯)在四月份的《天空与望远镜》杂志上发表的一条关于黑洞喷射的文章。
我是一个科幻片的超级粉丝,如果有可能穿越黑洞进行宇宙旅行,我将非常乐意看到。但在现实中,那几乎是不可能的,对此我感到很抱歉。
具体来说,就像我们现在所理解的一样,如果你掉入黑洞就会向黑洞中心坠落,即我们所说的奇点。在奇点处,你会被碾压成一个无限密度的球,可以摧毁一切,甚至包括原子、质子或夸克。一些人提出虫洞的概念,在虫洞中永远不会达到如此高的密度,但简言之,在实现中那几乎不可能存在。哦,就这样。
如果我的理解是正确的,你的问题应该是是否存在一个半径范围使得光能够循着环形轨道在黑洞周围环绕?答案是肯定的,但这些做环形运动的光子需服从一定的约束条件。首先,这些光子的运动轨道必须十分精确,因为光子球就是一个严格球对称的球体,在光子球上,物体(仅指光子)能以光速围绕黑洞运转。
如果两个光子之间相互作用并改变运行轨迹,就会很容易从此运行系统中被抛出或被吸入黑洞。所以必须要指出,光子不会长期、稳定地在此轨道上运行。
其次,光子球的自然属性还与黑洞的旋转有关。举个最简单的例子来说,在一个不旋转的洞周围,光子球的半径是黑洞表面光子球半径的1.5倍。黑洞的旋转会使事情变得更复杂:在上述例子中,有两个光子球,一个在黑洞附近随之做旋转运动,另一个在远处做黑洞反向的旋转。
黑洞的转速越快,两个光子球之间的距离就越远。所以光子在轨道上和黑洞同向旋转的光子球中暂时形成稳定状态,而对于和黑洞做反向运动的光子球来说,光子在其外部形成暂时稳定状态。这也有助于解答是否光子在黑洞周围沿赤道一样的轨迹做旋转运动,如果不是,问题就又会变得复杂。
我跟你保证,你一点也不必担心黑洞。关键在于,在黑洞远处与其质量相同的物体与黑洞之间的引力作用相同,举个例子,假如太阳莫名其妙地掉入黑洞中,但黑洞与太阳的质量相同,那么地球的运行轨迹不会受丝毫影响,当然我们也就不会掉入黑洞中(尽管我们会变冷!)。同样地,银河系中心的黑洞离我们的距离远到我们甚至感受不到它的影响。
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