作业帮黑洞是什么?假如进入黑洞,真能穿越时空?
来源：学生作业帮 编辑：拍题作业网作业帮 分类：综合作业 时间：2024/04/28 00:47:35
黑洞是什么?
假如进入黑洞,真能穿越时空?
假如进入黑洞,真能穿越时空?
广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说,适用于行星、恒星,也适用于“黑洞”.爱因斯坦在1916年提出来的这一学说,说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变.简言之,广义相对论说物质弯曲了空间,而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动.
再让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的.首先,考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的第四维[2]（虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向,但我们可以尽力去想象）.其次,考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面.
爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲.我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景：石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些,虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的,但其中央仍稍有下凹.如果在弹簧床中央放置更多的石块,则将产生更大的效果,使床面下沉得更多.事实上,石头越多,弹簧床面弯曲得越厉害.
同样的道理,宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变.正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样,质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害地多.
如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动,它将沿直线前进.反之,如果它经过一个下凹的地方 ,则它的路径呈弧形.同理,天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进,而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进.
现在再来看看黑洞对于其周围的时空的影响.设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞.自然,石头将大大地影响床面,不仅会使其表面弯曲下陷,还可能使床面发生断裂.类似的情形同样可以宇宙出现,若宇宙中存在黑洞,则该处的宇宙结构将被撕裂.这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点.
现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去.正如一个滚过弹簧床面的网球,会掉进大石头形成的深洞一样,一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获.而且,若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量.
我们已经说过,没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西.但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量.著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度,有一个比其周围环境要高一些的温度.依照物理学原理,一切比其周围温度高的物体都要释放出热量,同样黑洞也不例外.一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量,黑洞释放能量称为：“霍金辐射”.黑洞散尽所有能量就会消失.
处于时间与空间之间的黑洞,使时间放慢脚步,使空间变得有弹性,同时吞进所有经过它的一切.1969年,美国物理学家约翰·阿提·惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”.
我们都知道因为黑洞不能反射光,所以看不见.在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的.但英国著名物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑.通过科学家的观测,黑洞周围存在辐射,而且很可能来自于黑洞,也就是说,黑洞可能并没有想象中那样黑.霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子,这些粒子在太空中成对产生,不遵从通常的物理定律.而且这些粒子发生碰撞后,有的就会消失在茫茫太空中.一般说来,可能直到这些粒子消失时,我们都未曾有机会看到它们.
霍金还指出,黑洞产生的同时,实粒子就会相应成对出现.其中一个实粒子会被吸进黑洞中,另一个则会逃逸,一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样.对观察者而言,看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样.
等恒星的半径小于一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时,就连垂直表面发射的光都被捕获了.到这时,恒星就变成了黑洞.说它“黑”,是指任何物质一旦掉进去,就再不能逃出,包括光.实际上黑洞真正是“隐形”的．(其实黑洞也不是隐形,因为“隐形"是指光可以通过该物体.而光不能通过黑洞.）
黑洞与虫洞 据最新的研究声称,科学家认为黑洞可能是通往其他宇宙的虫洞.如果这一理论是正确的,将会有助于解释例如黑洞信息悖论等量子难题,不过批评家指出这也会产生新的问题,例如虫洞是怎么形成的等等.
黑洞是一种拥有强大引力的物体,任何物体——即便是光——在进入其事件边界之后都不能逃逸出来.根据爱因斯坦的广义相对论,黑洞可以由任何物质形成,只要能够坍缩到足够小的空间内.
尽管黑洞不能被直接看到,天文学家还是通过观察周围物质的环绕情况,推断出一些黑洞的位置.
不过来自巴黎Bures-sur-Yvette地区法国高等科学研究所(Institut des Hautes Etudes Scientifiques)的物理学家Thibault Damour和来自德国Bremen国际大学的Sergey Solodukhin提出一个新的观点,即这些所谓的黑洞其实就是虫洞.
虫洞是连接时空架构中两个不同地方的弯曲通道.如果你把宇宙想象为一个二维的纸张,虫洞就是连接这张纸片和另一张纸片的小通道.实际上这一理论认为,虫洞；连向的是一个拥有自己星星、星系等的另一个宇宙.
引起空间扭曲的小球在我们三维世界的例子就是黑洞.黑洞事实上是存在于四维空间的一种现象,或者说,黑洞是连接三维世界与四维空间的通道（当然在下绝不是说“如果谁要去四维空间,就请往黑洞走”,那样只会“死无全尸”而已）.我们有可能通过对黑洞的深入研究,找到克服四维空间的办法,那样的话,瓦普跳跃飞行就不再是梦想了.
现在科学家已经证实,黑洞的存在确实会令周围的空间极度扭曲.根据广义相对论,光线在正常的空间里以直线传播,但当空间扭曲时,光线会随着空间扭曲的方向而扭曲.如果能给一束射进黑洞的光线拍照的话,我们就会发现,光线呈螺旋形指向黑洞中心,因为黑洞的巨大质量已使周围的空间扭曲得不成形了.
黑洞与白洞
科学家们提出设想,既然宇宙中有黑洞,那么一定存在“白洞”.黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去,而白洞可以把这些东西都吐出来.科学家们设想,黑洞与白洞是连在一起的,黑洞把物质吸进去,物质在里面会经过一个叫做奇异点的东西（至于为什么叫做奇异点,是因为物质经过它时受到的压力是无限大的),然后物质就到达了白洞的“管辖范围”,会被白洞“吐”出来.然后物质就到达了另一个宇宙（平行宇宙到达婴儿宇宙）.
黑洞与地球
黑洞没有具体形状,你也无法看见它,只能根据周围行星的走向来判断它的存在.也许你会因为它的神秘莫测而吓的大叫起来,虽然它有强大的引力但与此同时这也是判断它位置的一个重要证据,就算它的“正式边界”还离我们很远,我们也没有任何手段能够挽救（除非我们能够在受到它的引力作用前抛弃地球,但是科学不是科幻小说,抛弃地球的可能性在未来很长一段时间内仍然十分渺茫）.这也是人类研究它的原因之一.
恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是依次的五个密度当量星体,密度最小的当然是恒星,黑洞是物质的终极形态,黑洞之后就会发生大爆炸,能量释放出去后,又进入一个新的循环.
黑洞信息守恒与霍金辐射黑洞信息守恒
黑洞中的信息被包围在黑洞中,不能出来.
霍金辐射
什么是霍金辐射
围绕一个虫洞旋转的物质,其方式和围绕黑洞的旋转的物质一样,因为这两种天体都以相同的方式扰乱了其周围的物质运动.
黑洞趣事假如银河系被黑洞吸收
另外一个有趣的现象也是根据广义相对论,引力越强,时间越慢,物体的长度也缩小.假如银河系被一个黑洞所吸引,在被吸收的过程中,银河系会变成一个米粒大小的东西.银河系里的一切东西包括地球都按相同比例缩小.所以在地球上的人看来,银河系依旧是浩瀚无边.地球上的人依旧照常上班学习,跟他们在正常情况下一样.因为在他们看来,周围的人和物体和他们的大小比例关系不变.他们浑然不知这一切都发生在一个米粒大的世界里.
但因为黑洞周围引力巨大,任何物体都不能长时间待留.假如银河系被一个黑洞所吸引,地球上的人只有几秒的时间去体验第一个现象．
对黑洞的疑问 首先黑洞的存在要基于光是粒子,受万有引力的作用而不能逃离黑洞.如果光被证明不是粒子,则该理论不存在.在倒相对论中,对光是粒子的论据,进行的多方面的质疑.
其次该理论有一个缺陷,绝大多数人认为脱离地球引力,一定要有第一宇宙速度,这是宏观认识的疏忽,空气脱离地球引力,飘散到太空,从来不需要第一宇宙速度.尤其是氢气,几乎是被其它气体赶出地球的,想挤回来都不行,根本称不上逃离.
此外,稳定的黑洞外将有一层厚厚的大气层,而大气层的外面将会富集氢气,从而引发核聚变,一个恒星的形象将出现在我们面前.如果是不断塌缩的黑洞,宇宙的一切将被它吞噬,直到引发另一次爆炸.
而恒星的末期,都会产生爆炸,使其不会无限度增大质量,人类已经观测到很多实际例证,但恒星爆炸对物质的冲击,都未引起导致黑洞形成的塌缩力
再让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的.首先,考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的第四维[2]（虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向,但我们可以尽力去想象）.其次,考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面.
爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲.我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景：石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些,虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的,但其中央仍稍有下凹.如果在弹簧床中央放置更多的石块,则将产生更大的效果,使床面下沉得更多.事实上,石头越多,弹簧床面弯曲得越厉害.
同样的道理,宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变.正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样,质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害地多.
如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动,它将沿直线前进.反之,如果它经过一个下凹的地方 ,则它的路径呈弧形.同理,天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进,而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进.
现在再来看看黑洞对于其周围的时空的影响.设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞.自然,石头将大大地影响床面,不仅会使其表面弯曲下陷,还可能使床面发生断裂.类似的情形同样可以宇宙出现,若宇宙中存在黑洞,则该处的宇宙结构将被撕裂.这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点.
现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去.正如一个滚过弹簧床面的网球,会掉进大石头形成的深洞一样,一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获.而且,若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量.
我们已经说过,没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西.但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量.著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度,有一个比其周围环境要高一些的温度.依照物理学原理,一切比其周围温度高的物体都要释放出热量,同样黑洞也不例外.一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量,黑洞释放能量称为：“霍金辐射”.黑洞散尽所有能量就会消失.
处于时间与空间之间的黑洞,使时间放慢脚步,使空间变得有弹性,同时吞进所有经过它的一切.1969年,美国物理学家约翰·阿提·惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”.
我们都知道因为黑洞不能反射光,所以看不见.在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的.但英国著名物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑.通过科学家的观测,黑洞周围存在辐射,而且很可能来自于黑洞,也就是说,黑洞可能并没有想象中那样黑.霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子,这些粒子在太空中成对产生,不遵从通常的物理定律.而且这些粒子发生碰撞后,有的就会消失在茫茫太空中.一般说来,可能直到这些粒子消失时,我们都未曾有机会看到它们.
霍金还指出,黑洞产生的同时,实粒子就会相应成对出现.其中一个实粒子会被吸进黑洞中,另一个则会逃逸,一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样.对观察者而言,看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样.
等恒星的半径小于一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时,就连垂直表面发射的光都被捕获了.到这时,恒星就变成了黑洞.说它“黑”,是指任何物质一旦掉进去,就再不能逃出,包括光.实际上黑洞真正是“隐形”的．(其实黑洞也不是隐形,因为“隐形"是指光可以通过该物体.而光不能通过黑洞.）
黑洞与虫洞 据最新的研究声称,科学家认为黑洞可能是通往其他宇宙的虫洞.如果这一理论是正确的,将会有助于解释例如黑洞信息悖论等量子难题,不过批评家指出这也会产生新的问题,例如虫洞是怎么形成的等等.
黑洞是一种拥有强大引力的物体,任何物体——即便是光——在进入其事件边界之后都不能逃逸出来.根据爱因斯坦的广义相对论,黑洞可以由任何物质形成,只要能够坍缩到足够小的空间内.
尽管黑洞不能被直接看到,天文学家还是通过观察周围物质的环绕情况,推断出一些黑洞的位置.
不过来自巴黎Bures-sur-Yvette地区法国高等科学研究所(Institut des Hautes Etudes Scientifiques)的物理学家Thibault Damour和来自德国Bremen国际大学的Sergey Solodukhin提出一个新的观点,即这些所谓的黑洞其实就是虫洞.
虫洞是连接时空架构中两个不同地方的弯曲通道.如果你把宇宙想象为一个二维的纸张,虫洞就是连接这张纸片和另一张纸片的小通道.实际上这一理论认为,虫洞；连向的是一个拥有自己星星、星系等的另一个宇宙.
引起空间扭曲的小球在我们三维世界的例子就是黑洞.黑洞事实上是存在于四维空间的一种现象,或者说,黑洞是连接三维世界与四维空间的通道（当然在下绝不是说“如果谁要去四维空间,就请往黑洞走”,那样只会“死无全尸”而已）.我们有可能通过对黑洞的深入研究,找到克服四维空间的办法,那样的话,瓦普跳跃飞行就不再是梦想了.
现在科学家已经证实,黑洞的存在确实会令周围的空间极度扭曲.根据广义相对论,光线在正常的空间里以直线传播,但当空间扭曲时,光线会随着空间扭曲的方向而扭曲.如果能给一束射进黑洞的光线拍照的话,我们就会发现,光线呈螺旋形指向黑洞中心,因为黑洞的巨大质量已使周围的空间扭曲得不成形了.
黑洞与白洞
科学家们提出设想,既然宇宙中有黑洞,那么一定存在“白洞”.黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去,而白洞可以把这些东西都吐出来.科学家们设想,黑洞与白洞是连在一起的,黑洞把物质吸进去,物质在里面会经过一个叫做奇异点的东西（至于为什么叫做奇异点,是因为物质经过它时受到的压力是无限大的),然后物质就到达了白洞的“管辖范围”,会被白洞“吐”出来.然后物质就到达了另一个宇宙（平行宇宙到达婴儿宇宙）.
黑洞与地球
黑洞没有具体形状,你也无法看见它,只能根据周围行星的走向来判断它的存在.也许你会因为它的神秘莫测而吓的大叫起来,虽然它有强大的引力但与此同时这也是判断它位置的一个重要证据,就算它的“正式边界”还离我们很远,我们也没有任何手段能够挽救（除非我们能够在受到它的引力作用前抛弃地球,但是科学不是科幻小说,抛弃地球的可能性在未来很长一段时间内仍然十分渺茫）.这也是人类研究它的原因之一.
恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是依次的五个密度当量星体,密度最小的当然是恒星,黑洞是物质的终极形态,黑洞之后就会发生大爆炸,能量释放出去后,又进入一个新的循环.
黑洞信息守恒与霍金辐射黑洞信息守恒
黑洞中的信息被包围在黑洞中,不能出来.
霍金辐射
什么是霍金辐射
围绕一个虫洞旋转的物质,其方式和围绕黑洞的旋转的物质一样,因为这两种天体都以相同的方式扰乱了其周围的物质运动.
黑洞趣事假如银河系被黑洞吸收
另外一个有趣的现象也是根据广义相对论,引力越强,时间越慢,物体的长度也缩小.假如银河系被一个黑洞所吸引,在被吸收的过程中,银河系会变成一个米粒大小的东西.银河系里的一切东西包括地球都按相同比例缩小.所以在地球上的人看来,银河系依旧是浩瀚无边.地球上的人依旧照常上班学习,跟他们在正常情况下一样.因为在他们看来,周围的人和物体和他们的大小比例关系不变.他们浑然不知这一切都发生在一个米粒大的世界里.
但因为黑洞周围引力巨大,任何物体都不能长时间待留.假如银河系被一个黑洞所吸引,地球上的人只有几秒的时间去体验第一个现象．
对黑洞的疑问 首先黑洞的存在要基于光是粒子,受万有引力的作用而不能逃离黑洞.如果光被证明不是粒子,则该理论不存在.在倒相对论中,对光是粒子的论据,进行的多方面的质疑.
其次该理论有一个缺陷,绝大多数人认为脱离地球引力,一定要有第一宇宙速度,这是宏观认识的疏忽,空气脱离地球引力,飘散到太空,从来不需要第一宇宙速度.尤其是氢气,几乎是被其它气体赶出地球的,想挤回来都不行,根本称不上逃离.
此外,稳定的黑洞外将有一层厚厚的大气层,而大气层的外面将会富集氢气,从而引发核聚变,一个恒星的形象将出现在我们面前.如果是不断塌缩的黑洞,宇宙的一切将被它吞噬,直到引发另一次爆炸.
而恒星的末期,都会产生爆炸,使其不会无限度增大质量,人类已经观测到很多实际例证,但恒星爆炸对物质的冲击,都未引起导致黑洞形成的塌缩力