首页 > 时间简史 > 第13章 黑洞(1)

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他指出,一个质量充足大并充足致密的恒星会有如此强大的引力场,乃至连光芒都不能逃逸:任何从恒星大要收回的光,在还没达到远处前就会被恒星的引力吸引返来。米歇尔表示,能够存在大量如许的恒星,固然因为从它们那边收回的光不会达到我们这里,我们不能看到它们;但是我们仍然能够感到它们引力的吸引。这恰是我们现在称为黑洞的物体。它是名副实在的――在空间中的黑的浮泛。

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。

但是我们信赖,在宇宙中存在大很多的天体,比方星系的中间地区,它们遭遭到引力坍缩而产生黑洞;一名在如许的物体上面的航天员在黑洞构成之前不会被扯开。究竟上,当他达光临界半径时,不会有任何非常的感受,乃至在通过永不回返的那一点时,都没重视到它。但是,跟着这地区持续坍缩,只要在几个钟头以内,感化到他头上和脚上的引力之差会变得如此之大,乃至于再将其扯破。

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。

黑洞这一术语是不久之前才呈现的。1969年美国科学家约翰・惠勒,为了形象地描述起码可回溯到200年前的一个看法时,诬捏了这个名词。当时候,共有两种光实际:一种是牛顿同意的光的微粒说;另一种是光由波构成的颠簸说。我们现在晓得,这二者在实际上都是精确的。因为量子力学的波粒二象性,光既能够为是波,也能够为是粒子。在光的颠簸说中,不清楚光对引力如何呼应。但是如果光是由粒子构成的,人们能够预感,它们正如同炮弹、火箭和行星一样受引力的影响。人们起先觉得,光粒子无穷快地活动,以是引力不成能使之迟缓下来,但是罗默关于光以有限速率行进的发明意味着,引力对之可有首要效应。

这对大质量恒星的终究归宿具有严峻的意义。如果一颗恒星的质量比昌德拉塞卡极限小,它最后会停止收缩,并且变成一种能够的终态即“白矮星”。白矮星的半径为几千英里,密度为每立方英寸几百吨。白矮星是由它物质中电子之间的不相容道理架空力支撑的。我们察看到大量如许的白矮星。环绕着天狼星转动的那颗是最早被发明的白矮星中的一个,天狼星是夜空中最亮的恒星。

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。

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