黑洞是廣義相對論方程預(yù)測的理論實體,。當(dāng)一顆質(zhì)量足夠大的恒星遭受引力坍縮,其大部分或全部質(zhì)量被壓縮到足夠小的空間區(qū)域,,從而在該點(diǎn)產(chǎn)生無限的時空曲率時,,黑洞就形成了。如此巨大的時空曲率使得任何東西,,甚至光,,都無法逃離“事件視界”。 黑洞從未被直接觀測到,,盡管對其影響的預(yù)測與觀測相符,。有一些其他的理論,如磁層永久性坍塌物體(MECOs)來解釋這些觀測,,其中大部分都避免了黑洞中心的時空奇異性,,但絕大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為,黑洞的解釋是最可能發(fā)生的物理表示,。相對論之前的黑洞 牛頓光學(xué)是光的微粒理論,,把光當(dāng)作粒子。因此在18世紀(jì),,有人提出超大質(zhì)量的物體可能會吸引光進(jìn)入,。約翰·米歇爾在1784年發(fā)表了一篇論文,預(yù)測一個半徑是太陽半徑500倍(但密度相同)的物體在其表面會有一個光速的逃逸速度,,因此是不可見的。然而,,隨著光波理論的興起,,對這一理論的興趣在20世紀(jì)初消失了,。 在現(xiàn)代物理學(xué)中,這些理論實體很少被提及,,它們被稱為“暗星”,,以區(qū)別于真正的黑洞。相對論中的黑洞 在1916年愛因斯坦發(fā)表廣義相對論后的幾個月內(nèi),,物理學(xué)家卡爾·史瓦西提出了一個求解愛因斯坦球質(zhì)量方程(稱為史瓦西度量)的方法,。他得到了意想不到的結(jié)果,表示半徑的術(shù)語有一個令人不安的特點(diǎn),。 在一定半徑范圍內(nèi),,這一項的分母似乎會變成零,這將導(dǎo)致這一項在數(shù)學(xué)上“爆炸”,,這個半徑稱為史瓦西半徑,。因為史瓦西的工作被證明對理解黑洞至關(guān)重要,所以將史瓦西半徑翻譯成了“黑盾”,。黑洞理論的發(fā)展 上世紀(jì)20年代,,物理學(xué)家錢德拉塞卡推導(dǎo)出,在廣義相對論下,,任何質(zhì)量超過1.44倍太陽質(zhì)量的恒星(錢德拉塞卡極限)都必然會坍縮,。物理學(xué)家阿瑟·愛丁頓認(rèn)為一些性質(zhì)可以防止坍塌。 羅伯特·奧本海默在1939年預(yù)測,,一顆超大質(zhì)量恒星可能會坍縮,,從而在自然界形成一顆“冰凍恒星”,而不僅僅是在數(shù)學(xué)上,。坍縮似乎會減慢,,實際上在它穿過史瓦西半徑時時間凍結(jié)了。恒星發(fā)出的光在史瓦西半徑將經(jīng)歷巨大的紅移,。 不幸的是,,許多物理學(xué)家認(rèn)為這只是史瓦西度量的高度對稱性質(zhì)的一個特征,他們相信在自然界中,,由于不對稱,,這樣的坍縮實際上不會發(fā)生。 直到1967年,,也就是史瓦西被發(fā)現(xiàn)近50年后,,物理學(xué)家史蒂芬·霍金和羅杰·彭羅斯才證明,不僅黑洞是廣義相對論的直接結(jié)果,,而且也沒有辦法阻止這種坍塌,。脈沖星的發(fā)現(xiàn)支持了這一理論,不久之后,物理學(xué)家約翰·惠勒在1967年12月29日的一次演講中為這一現(xiàn)象創(chuàng)造了“黑洞”一詞,。 黑洞的猜測 黑洞是一個吸引想要挑戰(zhàn)的理論家和實驗者的領(lǐng)域,。今天,人們幾乎一致認(rèn)為黑洞是存在的,,盡管黑洞的確切性質(zhì)仍有疑問,。一些人認(rèn)為落入黑洞的物質(zhì)可能會在宇宙的其他地方重新出現(xiàn)。 黑洞理論的一個重要補(bǔ)充是霍金輻射,,由英國物理學(xué)家史蒂芬·霍金于1974年提出,。? |
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