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黑洞

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廣義相對論
G_{\mu \nu} = {8\pi G\over c^4} T_{\mu \nu}\,
廣義相對論

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黑洞是根據現代的物理理論和天文學理論,所預言的在宇宙空間中存在的一種天體區域。

歷史上, 法國力學家拉普拉斯曾預言:「一個密度如地球, 而直徑為 250 個太陽的發光恆星, 由於其引力的作用, 將不允許任何光線離開它。由於這個原因, 宇宙中最大的發光天體, 卻不會被我們看見」。

黑洞是由一個質量相當大的天體,在核能耗盡死亡後發生引力塌縮後形成。根據牛頓万有引力定理, 由於黑洞的第一宇宙速度過大, 連光也逃逸不出來, 故名黑洞.

在此區域內的万有引力非常強大,任何物質都不可能從此區域內逃逸出去,甚至光線都被它強大的引力拉回,因此黑洞本身不會發光,不能用天文望遠鏡直接觀測到,是黑漆漆的天體,但天文學家可藉觀察黑洞周圍物質被吸引時的情況,找出黑洞位置。

目录

[编辑] 尺寸和質量

質量達太陽10倍的黑洞之電腦模擬圖
質量達太陽10倍的黑洞之電腦模擬圖

黑洞是由大約大於太陽質量的3.2倍的天體發生引力坍塌後形成的(小於1.4個太陽質量的恆星,會變成白矮星)。天文學的觀測表明,在很多星系的中心,包括銀河系,都存在超過太陽質量上億倍的超大質量黑洞

根據愛因斯坦廣義相對論,黑洞是可以預測的。他們發生於史瓦茲度量。這是由卡爾•史瓦茲查德1915年發現的愛因斯坦方程的最簡單解。

根據史瓦茲解,如果一個引力天體的半徑小於一個特定的值,天體將會發生坍塌,這個半徑就叫做史瓦茲查德半徑。在這個半徑以下的天體,其中的時空嚴重彎曲,從而使其發射的所有射線,無論是來自什麼方向的,都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出任何物質都不可能超越光速,在史瓦茲半徑以下的天體的任何物質——包括引力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成引力奇點(gravitational singularity)。由於在史瓦茲半徑內連光線都不能逃出黑洞,所以一個典型的黑洞確實是“黑”的。

史瓦茲半徑由下面式子給出:

R_s = \frac{2GM}{c^2}

G万有引力常數M是天體的質量,c是光速。對於一個與地球質量相等的天體,其史瓦茲半徑僅有9毫米

[编辑] 特性

目前公認的理論認為,黑洞只有三個物理量有意義:質量電荷角動量。也就是說:對於一個黑洞,一旦這三個物理量確定下來了,這個黑洞的特性也就唯一確定了,這稱為黑洞的無毛定理,或者三毛定理

[编辑] 分类

黑洞分類: 一、超巨質量黑洞 二、小質量黑洞 三、中型黑洞

超巨質量黑洞: 到目前為止可以所有已知星系中心發現其蹤跡。 它的質量據信是太陽的數百萬至十數億倍。 小質量黑洞: 質量為太陽質量的10至20倍, 即超新星爆炸以後所留下的核心質量是 太陽的 3 ~ 15 倍就會形成黑洞。 而理論預測質量為太陽的 40 倍以上, 則可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。 中型黑洞: 推論是由小質量黑洞合併形成, 最後則變成超巨質量黑洞, 但中型黑洞是否真實存在仍然必需存疑。

[编辑] 微黑洞

微黑洞是理论预言的一类黑洞,目前尚无证据支持微黑洞的存在。它们诞生于宇宙大爆炸初期,质量非常小,根据霍金的理论,黑洞质量越小,“蒸发”越快。因此如果存在微黑洞,那么它们现在一定已经蒸发殆尽了。

[编辑] 否认黑洞存在的一些观点

  1. 量子力学方面的反驳:黑洞中心的奇点具有量子不稳定性,所以整个黑洞不可能稳定存在。
  2. 目前发现的黑洞是一些暗能量星:美国加利福尼亚劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的天体物理学家乔治·钱普拉因等认为,目前发现的黑洞是一些暗能量星,真正意义上的黑洞是不存在的。


[编辑] 请参看

[编辑] 外部链接

恆星生命期
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