再说黑洞

beta1

大家对黑洞仍然很好奇，看过一些网友的提问，所以在这里我把一些常见的问题写出来。时间有限，写的很简单，希望这次不要有太多错字 [S::P:]


首先，黑洞是可以被理解的、有意义的，至少我们还可以在事界之外去了解它。我们现有的理论可以帮助我们去了解它的：


一、质量。黑洞的质量并非无穷大，而是可以有一个确定的数字，比如几倍太阳质量的黑洞或者几万、几十万甚至上百亿太阳质量的超大质量黑洞。理论上，在一颗恒星生的命周期的末端，在其即将熄灭的时候，如果它的质量仍大于太阳质量的3.2倍，那么它最终将塌缩为黑洞。

理论上还可能存在一种“微型黑洞”，两个具有很高能量的基本粒子的互撞就可能产生这样的黑洞，但这只是理论上可能存在，从未被证实。“微型黑洞”也是CERN正在进行的LHC项目中，人们所期望证实的、却又怕因此而酿成灾难的话题之一。


二、体积。黑洞的中心是一个“奇点”，引力奇点或者称为曲率奇点，所有不幸坠入黑洞的物质最终都将汇聚在这一个点上。奇点可以看作是一个无限小的点，所以“体积”对于奇点来说就没有了意义。但在奇点之外，黑洞的事界是有大小的。事界的大小便是黑洞的体积。

事界，可以理解为黑洞的边界。如果你处在事界的边缘，那么你可以认为自己还有机会；但如果，你跨越这一界限，那么你真的就“万劫不复”了。黑洞的引力可以影响事界之外的物质，但只有在事界之内，引力才会大到连光都无法逃脱。此外，之所以取名“事界”，是因为在此边界之外的观察者无法通过任何的物理手段去获得事界之内所发生的任何事件的任何信息。

既然有了质量和体积，那么我们就可以开始讨论密度。黑洞的质量是奇点和事界之内正在坠入奇点的物质的质量之和，我们可以去计算一个黑洞的平均密度：超大质量的黑洞的平均密度可能很低，甚至会低于空气的密度，因为超大质量的黑洞的体积会很大（史瓦西半径与质量成正比，史瓦西半径稍后会提到），而体积与密度又成反比，所以超大质量黑洞的平均密度是非常小的。


三、史瓦西半径。史瓦西半径是一个在物理学、天文学中都极其重要的概念，这一概念来自于爱因斯坦场方程的史瓦西解，由德国物理学家卡尔•史瓦西于1916年提出。这一半径即任何有质量物体的临界半径，小于这一半径的物质将塌缩为黑洞。

史瓦西半径与物体的质量成正比：太阳的史瓦西半径为3公里（即假如你有能力把太阳压缩到半径3公里的大小，那么太阳将变成一个半径3公里的黑洞）；地球的史瓦西半径约为9毫米；银河系中心的超大质量黑洞的史瓦西半径为780万公里；喜马拉雅山的史瓦西半径会小于1纳米。

假设存在一个不自转的黑洞，那么这个黑洞的史瓦西半径即为其事界的大小，当然不自转的黑洞是不存在的，所以实际情况总会与理论数据有些差别。

假如一个天体的密度为1吨/立方米（水的密度），而其质量约为1.5亿个太阳质量的话，它的史瓦西半径会超过它自己的半径，这样的黑洞即为超大质量黑洞。绝大多数今天所观测到的黑洞的迹象都来自于这样的黑洞。


四、黑洞的成长与消亡。黑洞周围的物质不断的坠入事界将导致黑洞质量的增加，黑洞质量的增加又将导致其事界半径的增加，这便可视为其成长壮大的过程。

黑洞可以通过“霍金辐射”的机制来“蒸发”。但这一机制仍有争议，而且的确不是霍金首先发现的。这一“蒸发”机制可以从量子力学的根基，不确定原理来推导，简单的说：

在一个极短的时间间隔中，真空的空间中会出现很大的能量波动——因为时间极大的确定性将带来能量极大的不确定性。这种能量的波动可以理解为真空中随机出现的正反虚粒子对的湮灭过程——在这个极短的时间间隔中，能量能够凭空的产生、又转瞬间消亡（这种现象又被称为量子起伏），我承认这是一件令人费解的事情，量子力学也总是搞出这种莫名其妙的状况，大家习惯就好...

然后，如果正反虚粒子对在黑洞的事界附近产生，那么正反虚粒子对其中的一个就可能在与同伴湮灭前坠入黑洞，失去同伴的虚粒子将即刻转变为真实的粒子，事界之外的实粒子如果逃逸成功，那么它将带走正能量，而坠入事界实粒子将带入负能量。能量=质量，所以这一过程会带走黑洞的质量，而从事界之外的观察者看来，黑洞就像在辐射出粒子一样，一点一点的“蒸发”。质量越小的黑洞“蒸发”的越快，质量越大的黑洞“蒸发”的越慢。

lipancs

黑洞生存的法则是不是比宇宙的现有物理规律权限要高呢？？！[S::lol:]

roy986

“光线才会无法逃脱其引力。”这句有问题哇。

Archer

王里言仑

beta1

原帖由 roy986 于 2008-7-17 09:27 发表
“光线才会无法逃脱其引力。”这句有问题哇。

的确，感谢roy大的提醒 [S::handshake:]  我改成了“但只有在事界之内，引力才会大到连光线都无法逃脱”，这样看起来好些。[S::):]

zzm

不错, 貌似还没完, 继续努力呀

lll147852369

黑洞可以通过“霍金辐射”的机制来“蒸发”。黑洞的超高能量密度不可避免的造成膜的极度扭曲。在膜的不同位面，这种扭曲会以不同的吗“膜波动（既变化场）”发散，造成黑洞的总能量（既质量）损失。

先祖突击队

楼主打错字了吧！是“视界”啊！