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麻省理工大学的这部探索黑洞教学视频是在黑洞的相关领域内研究物理效应,并将其作为了解广义相对论、天体物理和宇宙学相关知识的基础。其中包含对当今理论和观测的拓展和延伸。

  埃德温-泰勒博士(Dr. Edwin F. Taylor),他以物理教学和物理学书籍编写闻名遐迩,曾获得美国物理教师协会颁发的奥斯特奖章。他与著名物理学家约翰-惠勒合著了数本物理学著作,包括本课程的课本《探索黑洞:广义相对论导论》。

  黑洞是一种引力极强的天体,就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时,就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸,所以我们无法直接观测到黑洞。然而,可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。黑洞引申义为无法摆脱的境遇。

  黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程;恒星的核心在自身重力的作用下迅速地收缩,发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星体,同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的力量,使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳,但黑洞并不能吞噬如此多的物质,黑洞会释放一部分物质,射出两道纯能量——伽马射线爆。

  也可以简单理解:通常恒星的最初只含氢元素,恒星内部的氢原子时刻相互碰撞,发生聚变。由于恒星质量很大,聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡,以维持恒星结构的稳定。由于聚变,氢原子内部结构最终发生改变,破裂并组成新的元素——氦元素。接着,氦原子也参与聚变,改变结构,生成锂元素。如此类推,按照元素周期表的顺序,会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成,该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与聚变,和氢元素燃尽。而铁元素存在于恒星内部,导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡,从而引发恒星坍塌,最终形成黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,就再不能逃出。跟白矮星和中子星一样,黑洞可能也是由质量大于太阳质量好几倍以上的恒星演化而来的。

  当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积无限小、密度无限大的星体。

  物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积很无限小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径),质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”诞生了。


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发表于:2016-08-18 1楼 [回复] [送分]


发表于:2016-10-10 2楼 [回复] [送分]
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