談宇宙中的黑洞--別了,霍金!
一,別了,霍金!
2018年3月14日,長歌當哭,人類又失去了一位巨星--英國著名物理學家斯蒂芬·霍金去世,享年76歲。
他是是繼牛頓和愛因斯坦之後最傑出的物理學家之一,如何評價他的一生?
我想:
他的一生是傳奇的一生,17歲時就入讀牛津大學攻讀自然科學,並獲得一等榮譽學位。
23歲時,取得博士學位,並留在劍橋大學進行研究工作。
46歲他的科普著作《時間簡史:從大爆炸到黑洞》發行全球,被翻譯成40多種文字,出版逾1000餘萬冊,在西方被戲稱為「讀不來的暢銷書」(Unread Bestseller)。
一生做出了以下可以被載入史冊的傑出貢獻:
1和羅金·彭羅斯一起證明了奇性定理。
2證明了黑洞的面積不減定理。
3證明了黑洞附近的量子效應。
4對量子引論作出巨大貢獻。
5對量子宇宙論的開創性貢獻。
多少年輕的人,就是因為讀了這一本,而從此熱愛物理學,那神秘的奇點,那令人夢幻的時間,無不令我們著迷。
他的一生也是向命運不屈服的一生,21歲,年紀輕輕就被確診患有運動神細胞病,醫生告訴他只能活2年,然而,他憑藉堅強不屈的意志打敗了病魔,並和他首任的妻子珍·王爾德Jane Wilde,育有3名子女。我們經常能看到他微笑的樣子。
再見,霍金!
我想,紀念英雄最好的方式,便是沿著他的方向一直前進,或是讓更多的人了解他的世界--霍金的宇宙。
二,黑洞
黑洞最早的概念是由力學三大定律發現者牛頓提出的,(他的那個」蘋果「可能是後人臆想的),然後1783年一個天文學愛好者叫做米歇爾的人提出:如果一個質量足夠大,並足夠緊緻的恆星會有如此強大的引力場,以至於連光線都不能逃逸,這個天體就變會變成黑的。從而也就看不見。
再次,1796年又有一個法國數學家、天文學家拉普拉斯正式探討黑洞:他根據牛頓力學定律,計算出了「黑洞的半徑」。也就是我們中學物理課本的宇宙第一、第二、第三速度。(7·9、11·2千米每秒 16·7千米每秒)
後來,有人認為這個探討、討論似乎意義不大,也都保持懷疑態度,真的存在這樣這樣的天體嗎?--光速都不能逃離這個物體。大家沒有任何的答案。
再到後來,愛因斯坦1915年發表狹義相對論,1916年又繼續發表廣義相對論,有一個叫做卡爾·史瓦西爾德的男人,解開了愛因斯坦方程,他是歷史上第一個解開愛因斯坦方程的人。他寫信給愛因斯坦,在信中明確計算得出:
任何質量物體,都存在著一個臨界半徑,如果把物體的質量擠壓在臨界半徑之內,那麼時空的彎曲程度將會把它與外界隔離開來。因此也就做「史瓦西半徑」
但無奈的是,大家都不明白,都看不懂,廣義相對論發表之後,大家都覺得不可思議,愛因斯坦後來提出驗證的方法:通過觀測來驗證。即利用日全食的機會,來驗證。
1919年日全食觀測與廣義相對論的初步驗證_科學探索_科技時代_新浪網日全食退去科學繼續:廣義相對論被證實竟與此有關 | 北晚新視覺廣義相對論與狹義相對論的區別?如何通俗地解釋愛因斯坦的廣義與狹義相對論?
ps:廣義相對論最核心的是把物質和空間的場聯繫起來,在強的引力場的情況下光線可以彎曲。
在理論上,任何物體都可以變成黑洞,萬物也都有「史瓦西半徑」,只要滿足史瓦西半徑的要求,任何物體都可以變成黑洞。
當人體的史瓦西半徑變成十的負23厘米,也是黑洞,
當太陽的史瓦西半徑變成3000米,也是黑洞。
當地球的史瓦西半徑變成1厘米,也是黑洞。
當宇宙的史瓦西半徑變成10的10次方光年,也就是10 000 000 000光年,也是黑洞。
然而這只是理論,不現實。按照質量劃分,黑洞可以分為巨黑洞、恆星級黑洞、微黑洞、中等質量的黑洞。
在兩個恆星之間,充滿大量的星雲,我們平常所說的黑洞就是指恆星級黑洞。
ps:恆星的演化過程:星雲---恆星---白矮星、中子星、黑洞---星雲。
當星體的質量爆發後,小於1·4個太陽質量,就是白矮星。
當星體的質量爆發後,小於3個太陽質量,就是中子星。
當星體的質量爆發後,大於3個太陽質量,爆發後就是黑洞。
霍金推測,一個原始黑洞,如果質量小於10億噸,那麼,從宇宙創生開始,就會一直被蒸發,直至殆盡。黑洞也會消亡。最典型的就是微型黑洞,一直輻射。
這些星雲受到萬有引力作用,常常凝聚在一起,從而擺出各種各樣的造型,有的像動物,有的像我們地球的植物,有的像馬......
人類目前探測的黑洞有以下:
1天鵝座x-1號的雙星系統
2lmcx-3雙星的暗星
3M87星系(目前最大最遠的星系)的黑洞--質量約太陽的66億倍。是利用位於夏威夷莫納克亞的8.1米的弗雷德里克C吉列雙子座望遠鏡在夏威夷發現這個巨大黑洞的。
相比而言,我們銀河系中心的黑洞只有這個黑洞M87的千分之一大小。它足可吞噬整個太陽系。
三,
關於黑洞還有很多科普,在知乎上還有很多大神且有趣的人啊:
@中國科普博覽
@Mandelbrot
@Flyingspace
@BenderRodriguez
我們所認知的宇宙有沒有可能本身就是一個黑洞?黑洞最終會變成什麼?黑洞真的是吞噬了物體嗎?如果吃一小勺黑洞會怎麼樣?希望你也能喜歡宇宙,和我一起喜歡那美麗的星雲。
最後,讓我們再次緬懷霍金,送這位偉人最後一程。
感謝你,霍金!
再見了,霍金!
別了,霍金!
(霍金是一個無神論者,我引用上帝其實是為了表達的需要)
在此,一首小詩《沉默》來紀念這位偉大的天才霍金:
你讓果殼的宇宙打開世界之光,
手指微顫,便譜寫一段夢幻驚奇的時間樂章。上帝說:霍金屬於星辰大海,你們人類的征途便是此方向於是,霍金的預言被證實,一個美麗的藍色的星球上頓時失去了一個天才的靈魂重量。
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