首页 > 时间简史 > 第13章 黑洞(1)

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1928年,一名印度研讨生――萨拉玛尼安・昌德拉塞卡――乘船来英国剑桥跟英国天文学家兼广义相对论家阿瑟・爱丁顿爵士学习。(据记录,在20世纪20年代初,有一名记者奉告爱丁顿,说他传闻天下上只要三小我能了解广义相对论。爱丁顿停顿了一下,然后答复:“我正在想这第三小我是谁?”)在从印度来英国的旅途中,昌德拉塞卡算出了在耗尽统统燃料以后,多大的恒星仍然能够对抗本身的引力而保持本身。这个思惟是说:当恒星变小时,物质粒子相互靠得非常近,而遵循泡利不相容道理,它们必须有非常分歧的速率。这使得它们相互散开并诡计使恒星收缩。是以,一颗恒星可因引力的吸引和不相容道理引发的架空达到的均衡,而保持其半径稳定,正如同在它的生命的初期引力被热均衡一样。

1783年,剑桥的学监约翰・米歇尔在这个假定的根本上,于《伦敦皇家学会哲学学报》上颁发了一篇文章。

为了了解黑洞是如何构成的,我们起首需求了解恒星的生命周期。开初,大量的气体(绝大部分为氢)受本身的引力吸引,而开端向本身坍缩而构成恒星。当它收缩时,气体原子越来越频繁地以越来越大的速率相互碰撞――气体的温度上升。最后,气体变得如此之热,乃至于当氢原子碰撞时,它们不再弹开而是聚合构成氦。如同一个受控氢弹爆炸,反应中开释出来的热使得恒星发光。这附加的热又负气体的压力降低,直到它足以均衡引力的吸引,这时气体停止收缩。这有一点像气球――内部气压试图负气球收缩,橡皮的张力试图负气球收缩,它们之间存在一个均衡。从核反应收回的热和引力吸引的均衡,使恒星在很长时候内保持这类均衡。但是,恒星终究会耗尽它的氢和其他核燃料。貌似大谬,实在不然的是,恒星初始的燃料越多,它则被越快燃尽。这是因为恒星的质量越大,它就必须越热才足以抵当引力。而它越热,它的燃料就被耗得越快。我们的太阳大抵充足再燃烧50多亿年,但是质量更大的恒星能够在1亿年这么短的时候内哄尽其燃料,这个时候标准比宇宙的春秋短很多了。当恒星耗尽了燃料,它开端变冷并收缩。随后产生的环境只要比及20世纪20年代末才初次被人们了解。

朗道指出,恒星还存在另一种能够的终态。其极限质量约莫也为太阳质量的一倍或二倍,但是其体积乃至比白矮星还小很多。这些恒星是由中子和质子之间,而不是电子之间的不相容道理架空力支撑的。以是它们叫做中子星。它们的半径只要10英里摆布,密度为每立方英寸几亿吨。在第一次预言中子星时,没有任何体例去察看它。

如果你察看一个恒星坍缩并构成黑洞时,为了了解你所看到的环境,牢记在相对论中没有绝对时候。每个观察者都有本身的时候测量。因为恒星的引力场,在恒星上或人的时候将和在远处或人的时候分歧。假定在坍缩星大要有一恐惧的航天员和恒星一起向内坍缩。他遵循本身的表,每一秒钟发一信号到一个环绕着该恒星转动的航天飞船上去。在他的表的某一时候,比方11点钟,恒星刚好收缩到它的临界半径以下,此时引力场强大到没有任何东西能够逃逸出去,他的信号再也不能传到航天飞船了。跟着11点趋近,他的火伴从航天飞船上旁观会发明,从该航天员发来的一串信号的时候间隔越变越长。但是这个效应在10点59分59秒之前是非常藐小的。在收到10点59分58秒和10点59分59秒收回的两个信号之间,他们只需等候比1秒钟稍长一点的时候,但是他们必须为11点收回的信号等候无穷长的时候。遵循航天员的腕表,光波是在10点59分59秒和11点之间由恒星大要收回;从航天飞船上看,那光波被散开到无穷长的时候间隔里。在航天飞船上这一串光波到临的时候间隔变得越来越长,以是从恒星来的光鲜得越来越红、越来越淡,最后,该恒星变得如此之昏黄,乃至于从航天飞船上再也看不见它:所余下的统统只是空间中的一个黑洞。不过,此恒星持续以一样的引力感化到航天飞船上,使飞船持续环绕着构成的黑洞扭转。但是因为以下的题目,上述场景不是完整实际的。一小我分开恒星越远则引力越弱,以是感化在这位恐惧的航天员脚上的引力总比感化到他头上的大。在恒星还未收缩光临界半径而构成事件视界之前,这力的不同就足以将我们的航天员拉成意大利面条那样,乃至将他扯破!

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