黑洞里的钟表转速？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-10-16 03:07 标签： 黑洞的移动速度

对于大千宇宙来说，黑洞只是一种特殊的天体；但对于人类来说，黑洞就有点细思极恐了。可能更多的人一提及黑洞就会想到被它吸进洞内，其中连光都逃不出去的漆黑一片让人十分不安。可越是对黑洞心生畏惧，就越是琢磨掉进黑洞是一种怎样的体验。爱因斯坦就专门写下了广义相对论，就为这种质量大、空间和时间弯曲剧烈的物体发挥作用。

广义相对论有一个奇妙的结果：假如星体质量聚集在一个足够小的区域，并且质量和半径都达到一个临界值（质量极大、半径极小），那么这里的时空将产生剧烈的卷曲，包括光在内的一切事物都将被卷入这个星体的附近，任其怎样反抗都不可能逃脱它的引力掌握。因为连光都跑不出这种被极度压缩的星体，所以最初这种星体被人称为“黑星”或“冻星”。多年以后，更好听的名字被发明出来，这就是我们耳熟的黑洞。因为不发光，所以它是黑的；又因为靠近它的一切事物都会被卷入，所以是洞，这个名字一直被叫到今天。

尽管黑洞很贪婪，但如果物体与黑洞保持一个安全的距离经过它，也就像经过一颗普通的恒星，虽然也会产生一定的偏转，可也还能继续它快乐的星际旅行。但只要违反了这个“安全条约”，距离不小心接近到黑洞所谓的影响范围内——它就完了。它将不可抗拒的被拉到黑洞的中心，只能被动地感受一下掉进黑洞是一种怎样的体验。

如果一个人十分倒霉地掉进黑洞，又是脚先落进黑洞内。那么当越向黑洞中心逼近时，他会感觉越来越难受。黑洞的引力将大得吓人，作用在他脚上的力会比头部上大得多。因为脚先落进黑洞，所以脚比头距离黑洞中心更近，这听起来很像是无理取闹一样，但事实上黑洞内部的世界根本无法用常理解释，在那个地方，我们日常所知的物理知识都将毫无用武之地。到也能理解，在一个连光都能捕获的地方，还有什么道理可讲的。不过这种力量有多大呢？它会先将这个人拉长，然后把他的身体撕成碎片。

当然如果这个人有先见之明，在黑洞附近玩耍时万分小心，根本不敢越过“雷池”半步，但又不那么胆小，只接近到黑洞上方3厘米的位置。这里的引力场已经能够导致时间弯曲，也意味着时间会慢下来。甚至由于黑洞的引力场太强了，地球上的钟表已经跳了一万次，他的手表可能才跳动一次。就这样他看了一会儿，过了一段时间他回到地球，会发现距他离开已经过了一万年。黑洞仿佛某种时间机器，让他走到了地球遥远的未来。

从广义相对论中我们可以看到，爱因斯坦提出的每种因果都十分有趣，但至于是不是真的如此，希望大家还是抱有怀疑的态度去看待。 

 黑洞这一术语是不久以前才出现的。它是1969年美国科学家约翰·惠勒为形象描述至少可回溯到200年前的这个思想时所杜撰的名字。那时候，共有两种光理论：一种是牛顿赞成的光的微粒说；另一种是光的波动说。我们现在知道，实际上这两者都是正确的。由于量子力学的波粒二象性，光既可认为是波，也可认为是粒子。
 在光的波动说中，不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成的，人们可以预料，它们正如同炮弹、火箭和行星那样受引力的影响。起先人们以为，光粒子无限快地运动，所以引力不可能使之慢下来，但是罗麦关于光速度有限的发现表明引力对之可有重要效应。
 1783年，剑桥的学监约翰·米歇尔在这个假定的基础上，在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章。
 他指出，一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引力场，以致于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光，还没到达远处即会被恒星的引力吸引回来。米歇尔暗示，可能存在大量这样的恒星，虽然会由于从它们那里发出的光不会到达我们这儿而使我们不能看到它们，但我们仍然可以感到它们的引力的吸引作用。
 这正是我们现在称为黑洞的物体。它是名符其实的——在空间中的黑的空洞。几年之后，法国科学家拉普拉斯侯爵显然独自提出和米歇尔类似的观念。非常有趣的是，拉普拉斯只将此观点纳入他的《世界系统》一书的第一版和第二版中，而在以后的版本中将其删去，可能他认为这是一个愚蠢的观念。
 （此外，光的微粒说在19世纪变得不时髦了；似乎一切都可以以波动理论来解释，而按照波动理论，不清楚光究竟是否受到引力的影响。） 
 事实上，因为光速是固定的，所以，在牛顿引力论中将光类似炮弹那样处理实在很不协调。（从地面发射上天的炮弹由于引力而减速，最后停止上升并折回地面；然而，一个光子必须以不变的速度继续向上，那么牛顿引力对于光如何发生影响呢？）直到1915年爱因斯坦提出广义相对论之前，一直没有关于引力如何影响光的协调的理论。
 甚至又过了很长时间，这个理论对大质量恒星的含意才被理解。 
 为了理解黑洞是如何形成的，我们首先需要理解一个恒星的生命周期。起初，大量的气体（大部分为氢）受自身的引力吸引，而开始向自身坍缩而形成恒星。当它收缩时，气体原子相互越来越频繁地以越来越大的速度碰撞——气体的温度上升。
 最后，气体变得如此之热，以至于当氢原子碰撞时，它们不再弹开而是聚合形成氦。如同一个受控氢弹爆炸，反应中释放出来的热使得恒星发光。这增添的热又使气体的压力升高，直到它足以平衡引力的吸引，这时气体停止收缩。这有一点像气球——内部气压试图使气球膨胀，橡皮的张力试图使气球缩小，它们之间存在一个平衡。
 从核反应发出的热和引力吸引的平衡，使恒星在很长时间内维持这种平衡。然而，最终恒星会耗尽了它的氢和其他核燃料。貌似大谬，其实不然的是，恒星初始的燃料越多，它则燃尽得越快。这是因为恒星的质量越大，它就必须越热才足以抵抗引力。而它越热，它的燃料就被用得越快。
 我们的太阳大概足够再燃烧50多亿年，但是质量更大的恒星可以在1亿年这么短的时间内用尽其燃料，这个时间尺度比宇宙的年龄短得多了。当恒星耗尽了燃料，它开始变冷并开始收缩。随后发生的情况只有等到本世纪20年代末才初次被人们理解。 
 1928年，一位印度研究生——萨拉玛尼安·强德拉塞卡——乘船来英国剑桥跟英国天文学家阿瑟·爱丁顿爵士（一位广义相对论家）学习。
 （据记载，在本世纪20年代初有一位记者告诉爱丁顿，说他听说世界上只有三个人能理解广义相对论，爱丁顿停了一下，然后回答：“我正在想这第三个人是谁？”。）在他从印度来英的旅途中，强德拉塞卡算出在耗尽所有燃料之后，多大的恒星可以继续对抗自己的引力而维持自己。
 这个思想是说：当恒星变小时，物质粒子靠得非常近，而按照泡利不相容原理，它们必须有非常不同的速度。这使得它们互相散开并企图使恒星膨胀。一颗恒星可因引力作用和不相容原理引起的排斥力达到平衡而保持其半径不变，正如在它的生命的早期引力被热所平衡一样。
然而，强德拉塞卡意识到，不相容原理所能提供的排斥力有一个极限。恒星中的粒子的最大速度差被相对论限制为光速。这意味着，恒星变得足够紧致之时，由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。强德拉塞卡计算出；一个大约为太阳质量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。
 （这质量现在称为强德拉塞卡极限。）苏联科学家列夫·达维多维奇·兰道几乎在同时也得到了类似的发现。 
 这对大质量恒星的最终归宿具有重大的意义。如果一颗恒星的质量比强德拉塞卡极限小，它最后会停止收缩并终于变成一颗半径为几千英里和密度为每立方英寸几百吨的“白矮星”。
 白矮星是它物质中电子之间的不相容原理排斥力所支持的。我们观察到大量这样的白矮星。第一颗被观察到的是绕着夜空中最亮的恒星——天狼星转动的那一颗。 复制滴 还是希望你采纳。

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