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什么是黑洞视界,以及那里发生了什么?

时间:2023-08-13来源:网络作者:小白

什么是黑洞视界,以及那里发生了什么?


事件视界标志着黑洞外缘的边界。这张黑洞图像显示了一个湍流的气体盘在宇宙怪兽周围翻腾。 (Image credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman)


(神秘的地球uux.cn)据美国太空网(By Robert Lea):事件视界是黑洞的球形外边界,被宽松地认为是它的“表面”


根据美国国家航空航天局(NASA)的说法,这一点是黑洞的引力影响变得如此之大,以至于甚至连光速都不足以逃离它。由于阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,在真空中没有任何信号可以超过光速(c),人类永远无法希望从单向边界即事件视界获得信号。


因此,视界有效地充当了宇宙守门人的角色,阻止我们直接观察黑洞中心的秘密。然而,它们可以揭示大量关于周围环境的信息。


哈佛大学天文学教授阿维·勒布告诉Space.com:“视界是终极监狱墙——你可以进去,但永远出不来。”。


当一个项目接近视界时,目击者会看到项目的图像变红变暗,因为重力扭曲了来自项目的光。在事件视界中,这个图像会有效地消失不见。


在事件视界内,人们会发现黑洞的奇点,以前的研究表明,该物体的所有质量都坍缩到无限密集的程度。这意味着奇点周围的空间和时间结构也弯曲到了无限的程度,因此我们目前所知的物理定律就失效了。


“事件视界保护我们免受奇点附近未知物理的影响,”勒布说。


专家解答的视界和黑洞常见问题


泽维尔·卡尔梅特教授


Xavier Calmet是英国苏塞克斯大学数学和物理科学学院的物理学和天文学教授


我们问了英国物理学教授Xavier Calmet几个关于黑洞和视界的问题。


什么是黑洞视界?


它标志着黑洞和宇宙其他部分的边界。


这个界限有什么特别之处?


视界内的任何东西都无法逃脱或穿越这个边界回来,甚至光也不行。这意味着任何进入黑洞视界的东西都不能从这个视界之外被观察到。


我们有可能超越事件视界吗?


这是一个观点问题。从远处的观察者来看,我们永远看不到任何东西落入黑洞,即进入视界。接近事件视界的物体会随着时间慢慢消失,最终消失。然而,从一个掉进黑洞的观察者的角度来看,当他穿越天体物理黑洞的视界时,他不会注意到任何东西。因为天体物理或大型黑洞的视界曲率很小,所以没有强大的潮汐力,自由落体的观测者会简单地进入黑洞,而不会注意到他已经通过了视界。


视界之外是什么?


空荡荡的空间,没有什么值得注意的,直到人们非常接近黑洞中心的奇点。在那个阶段,潮汐力变得极其强大,观察者将经历意大利面条化——它们将被拉伸成一根长长的意大利面,最终将被强大的引力撕裂。


有什么东西能够逃脱黑洞的视界吗?


这是一个迷人的问题,并与臭名昭著的霍金信息悖论有关。2022年,我和我的同事Stephen Hsu在一系列论文中演示了信息如何逃离黑洞。我们的理论是,信息被编码在黑洞外引力场的量子状态中,并印在霍金辐射中,因此外部观察者完全可以获得。从这个意义上说,关于掉进黑洞的信息总是可以恢复的。


爱因斯坦、黑洞和视界:两个奇点的故事


什么是黑洞视界,以及那里发生了什么?


美国国家航空和宇宙航行局对黑洞的图解,漆黑的心被视界包围着。 (Image credit: NASA's Goddard Space Flight Center/ background, ESA/Gaia/DPAC )


黑洞和事件视界的概念诞生于1915年由阿尔伯特·爱因斯坦构想的引力理论,即广义相对论和定义它的张量方程的解。一个基调是一个数学方程,类似于一个向量,但有四个值,而不是两个。因此,张量有时也被称为“四维向量”


广义相对论也被称为“重力几何理论”,因为它认为质量的存在导致时空结构(空间和时间统一为四维实体)扭曲。


把这想象成类似于把不同质量的球放在一个拉伸的橡胶片上。球的质量越大,弯曲程度就越大,所以保龄球对玻璃片的弯曲程度远远大于弹球。对于天体来说也是一样,恒星比行星产生更多的扭曲。当一颗大质量恒星由于自身引力而完全坍缩时,黑洞就产生了。恒星的质量被压缩到一个无限小的空间,导致时空的极端扭曲。


因为术语“黑洞”指的是整个弯曲,而不仅仅是居住在其中心的无限质量,称黑洞为“时空事件”比物体更准确。事件视界是这些事件的外部边缘,在那里时空弯曲得如此厉害,以至于任何通过它们的东西都注定要单程旅行到黑洞的中心。


1915年,在广义相对论首次发表后不到一个月,根据物理研究所的说法,天体物理学家卡尔·史瓦西成为第一个解决广义相对论的场张量方程的人。


1911年第一次世界大战期间,史瓦西在东线德军服役时研究了广义相对论。他写信给爱因斯坦,告诉他简单而精确的解决方案,爱因斯坦担心这些方案可能永远无法实现,因为他自己只能得到近似的解决方案。史瓦西于1916年去世,同年他的解决方案发表。


广义相对论的数学(兰伯恩。R. J. A,2010,第171页)预测了两个奇点。一个坐标奇点,它是事件视界——黑洞的外部边界,还有一个引力奇点,它代表黑洞的核心。


史瓦西的解决方案给出了坐标奇点,因此事件视界在黑洞周围有一个固定的位置,称为“史瓦西半径”


通过巧妙应用数学和变换坐标系,可以消除坐标奇异性。但引力奇点或“实奇点”是无法去除的。它向物理学家提出了挑战,因为它代表了描述宇宙的物理学完全崩溃的时刻。


视界在哪里,有多大?


什么是黑洞视界,以及那里发生了什么?


黑洞的解剖图。它(从左到右)标记了奇点:黑洞的正中心,物质在无限密度的区域中坍缩。相对论喷流:当恒星被黑洞吸收时,粒子和辐射喷流以接近光速喷出。光子球:从黑洞附近的热等离子体中发射出的光子,使它们的轨迹弯曲,产生一个明亮的环。事件视界:奇点周围的半径,物质和能量无法逃离黑洞的引力,这是一个不可逆转的点。过热气体和尘埃的吸积盘以极高的速度围绕黑洞旋转,产生电磁辐射x射线。 (Image credit: AFP Photo/NASA/JPL-Caltech)


史瓦西半径(Rs)是一个位于黑洞中心“真实”奇点半径处的球体,其半径(r)为r = 0,等于半径等于2倍牛顿引力常数或“大G”(G)乘以物体质量(M)除以光速平方(c ) [Lambourne。英国皇家律师协会,2010年,第172页]。Schwartzchild半径的等式看起来像这样Rs = 2GM/c。


这个等式意味着事件视界的大小取决于黑洞的质量。质量越大,视界就离中心奇点越远。


不仅仅是黑洞具有史瓦西半径,所有像行星和恒星这样的大质量物体都具有史瓦西半径,但这些都不是事件视界,因为这些点通常都在物体内部。


例如,假设太阳的质量为1.989 × 10 ⁰千克,其史瓦西半径位于距其中心点约1.86英里(3公里)处,而太阳的半径约为432,450英里(696,000公里)。地球的史瓦西半径甚至更接近它的中心点,我们的星球的史瓦西半径不超过9毫米!


要了解为什么Schwartzchild半径构成了一个光陷表面,可以考虑逃离物体引力影响所需的逃逸速度等于2乘以“大G”(G)乘以物体质量(M)除以物体半径的平方根,因此Ves = (2GM/r) /。对于地球来说,速度大约是每秒7英里(每秒11.2公里)。


对于一个半径小于2GM/c的物体,逃逸速度增加到每秒3.0 x 10⁸米以上,真空中的光速告诉我们,在这一点上,甚至光也不能超过引力。


史瓦西半径的另一个结果是,要成为黑洞,有质量的物体的半径必须缩小到Rs以内。如果太阳被压缩到足以成为一个黑洞,它的半径将从超过40万英里缩小到只有1.86英里(3公里)。与此同时,为了让我们的星球成为一个黑洞,地球的半径必须从大约4000英里(6400公里)缩小到只有0.35英寸(0.9厘米)!


人马座A*,银河系中心的超大质量黑洞,质量约为我们太阳的430万倍,直径约为790万英里(1270万公里),而室女座A星系中心的M87约为60亿太阳质量,宽110亿英里(177亿公里)。


成像事件视界


什么是黑洞视界,以及那里发生了什么?


2022年5月12日,事件视界望远镜展示了银河系中心超大质量黑洞的图像,这是一个被称为人马座A*的庞然大物。(Image credit: Event Horizon Telescope collaboration)


2019年,视界望远镜(EHT)通过捕捉人类第一张黑洞的直接图像创造了历史,或者你现在会更准确地认识到,黑洞周围的环境。


这张照片展示了梅西耶87 (M87)中心的超大质量黑洞,根据EHT合作组织的说法,它距离我们5300万光年,质量相当于65亿个太阳。这幅图像显示了一个发光的物质环以接近光速的速度绕着事件视界运动。


遍布全球的望远镜阵列组成了EHT,构成了一个地球大小的虚拟望远镜,在2022年再次创造了历史,当时它拍摄了我们银河系中心的超大质量黑洞,称为人马座A* (Sgr A*)。


EHT项目科学家、天文和天体物理研究所天文学家Geoffrey Bower在一份声明中说:“我们惊讶地发现,光环的大小与爱因斯坦广义相对论的预测吻合得如此之好。”。“这些前所未有的观察大大提高了我们对银河系中心发生的事情的理解,并提供了关于这些巨大黑洞如何与周围环境相互作用的新见解。”


因此,M87和银河系中心黑洞的图像表明,虽然事件视界保护了隐藏在它们背后的许多秘密,保护了这些时空事件中心的中心奇点免受审查,但它们也有助于揭示关于它们周围环境和塑造星系的极端物理学的大量信息。

属马的注意了!“马墩墩”,来了

“马墩墩”如约而至 系列新品正式发售 北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”特别纪念版——“马墩墩”系列产品28日正式发售,再次唤起人们的冬奥记忆。 在北京王府井工美大厦,北京市民林原早上八点半就到门口等待“马墩墩”发售。他之前已经集齐了“龙墩墩”“蛇墩墩”等多款产品,“每年的新品都很有特色。明年是马年,也有家人属马,想多买几个‘马墩墩’带回家”。 2022年北京冬奥会赛时“一墩难求”的“冰墩墩”以其可爱的造型和灵动的设计,在国内外受到广泛欢迎。2022年12月31日后,“冰墩墩”等北京冬奥会相关知识产权,按照惯例成为国际奥委会名下的奥林匹克历史知识产权。中国奥委会与国际奥委会进行反复沟通与协商,最终形成以北京冬奥会历史知识产权为主的合作方案,实现了奥林匹克历史知识产权在中国奥委会辖区内的再利用。 近年来,“兔墩墩”“龙墩墩”“蛇墩墩”相继亮相,该系列产品成为奥运文化遗产与中国生肖文化相结合的成功范例。本次推出的“马墩墩”以赤兔、青鬃、桃花、白龙、乌骓、飞黄为设计灵感,承载着中华“名马文化”的祥瑞寓意与进取精神。 “在中华传统文化中,人们对马有一种特殊情感,其历经千年的精神寓意在当下依然能引发共鸣。”“马墩墩”形象设计师林存真说,“与以往十二生肖系列产品不同的是,‘马墩墩’一改此前站立姿态,而是奔跑向前,将‘万马奔腾’‘马到成功’‘龙马精神’等美好期盼融入了产品设计中。” 据了解,“马墩墩”系列产品共有约20款,包括毛绒玩具、挂饰、盲盒、钥匙扣、徽章、冰箱贴等,消费者可在王府井工美大厦、北京奥运博物馆、中国联通营业厅等多个线上、线下平台购买。 来源:新华网 ------------------ 新媒体编辑:高 洋 新媒体监制:李河生返回搜狐,查看更多

属猪人最大的坎,不是脾气暴!今年特别注意,三大毛病不改真吃亏

腊月二十四那天,朱文涛把最后一箱卤味搬上三轮车时,手机里弹出条新闻推送 ——《属猪人 2025 冲太岁,三大凶星当头》。他嗤笑一声划掉屏幕,哈气在冷空气中凝成白雾。四十出头的男人穿着洗得发白的冲锋衣,后颈还沾着片没擦干净的卤料油渍,刚把车蹬出巷口,就听见后面有人喊他名字。 “文涛!等等!” 王婶挎着菜篮子追上来,手里攥着个红布包,“我儿子从庙里求的护身符,你本命年戴戴,冲太岁得讲究点。” 朱文涛放慢车速,心里暖烘烘的却摆手:“婶子您留着吧,我这粗人不信这些,再说去年刚把厂子盘出去,今年稳扎稳打就行。” 话虽这么说,他还是接过红布包塞进裤兜,硌得大腿内侧有点痒。 回到租来的小店面,妻子李梅正蹲在地上盘点存货,看见他进来直起身,腰后的旧伤让她龇牙咧嘴。“刚才老张打电话,说年后想跟你合伙开分店,他出场地你出技术。” 朱文涛解下围巾往挂钩上一扔,扯过张凳子坐下:“开啥分店,咱这小店刚回本,别折腾了。” 李梅直起腰盯着他:“你去年就是这么说的,结果呢?人家现在三家店了。” 这话戳中了朱文涛的痛处,他猛地站起来,塑料凳子在水泥地上划出刺耳声响。 去年此时,朱文涛还是镇上小有名气的卤味厂老板。三十五岁那年,他从国营食品厂辞职,用攒下的三万块钱开了家卤味摊,凭着祖传的卤料配方和实在分量,三年就盘下了厂房雇了八个工人。生意最火的时候,他每天能卖出两千斤卤味,镇上大小超市都挂着 “文涛卤味” 的招牌。那时候的他走路都带着风,朋友喊他喝酒从不推辞,客户说要赊账也大手一挥答应,李梅劝他留点心眼,他总说 “都是乡里乡亲的,能坑我吗?” 转折发生在去年春天。邻县有家食品厂找上门,说要大批量进货做贴牌加工,订单量是他平时的三倍。朱文涛没跟李梅商量就签了合同,把所有积蓄都投进去买原料、扩生产线。结果货到一半,对方突然说资金链断了要撤单,他去邻县找了三次,对方要么避而不见,要么就哭穷耍赖。堆在仓库里的两万斤卤味眼看就要变质,朱文涛急得满嘴燎泡,最后只能降价处理,赔了整整八十万。工人工资发不出来,厂房被银行抵押,他一夜之间从老板变成了负债累累的个体户。 “我这不是怕了吗?” 朱文涛的声音低了下去,“八十万啊,咱儿子明年就要上大学了,万一再赔了...” 李梅走过来拍了拍他的肩膀:“我不是让你冒险,是想让你别把自己关起来。你看你这半年,除了出摊就是回家,以前跟你称兄道弟的那些人,你主动联系过谁?” 朱文涛别过脸不说话,他知道妻子说得对,但那句 “怕再被骗” 像块石头压在胸口,怎么也挪不开。 大年初一早上,朱文涛被此起彼伏的鞭炮声吵醒。他翻了个身想接着睡,却被李梅拽起来:“今天去给张叔拜年,他儿子在市里开连锁超市,说不定能帮咱把卤味进超市。” 朱文涛皱着眉穿上衣服:“人家现在是大老板,能搭理咱吗?” 李梅把装着卤味的礼盒塞进他手里:“不去试试怎么知道?你以前那股子闯劲去哪了?” 张叔家住在镇上最气派的别墅区,朱文涛站在雕花铁门外,手心里全是汗。他犹豫了半天,正要转身离开,门突然开了,张叔笑着迎出来:“文涛来啦?快进来,我正跟我儿子说你呢。” 客厅里坐着个穿西装的年轻人,正是张叔的儿子张明。张明起身递过来一张名片:“朱哥,我爸总说你卤味做得好,我超市最近正好要调整供应商,你明天把样品送过来尝尝。” 朱文涛愣了半天,才反应过来连连道谢,手里的名片被他攥得发皱。 回到家,朱文涛把自己关在厨房里,从下午一直忙到深夜。他把祖传的卤料配方翻出来,每一味调料都精确到克,卤汤熬了四个小时,香气飘满了整个楼道。第二天早上,他小心翼翼地把卤味装进保温箱,提前半小时就到了张明的超市。采购部的人尝了样品后连连点头,说比现在的供应商味道好太多,让他下周就开始供货。 朱文涛以为好日子终于要来了,没想到麻烦很快就找上门。周五那天,他刚把五十箱卤味送到超市,就接到张明的电话,说有顾客投诉卤味里有头发,要求赔偿十倍损失。朱文涛急急忙忙赶到超市,看见几个穿着制服的人正在检查他的卤味,其中一个戴眼镜的男人他有点眼熟,仔细一想,竟是去年骗他的那家食品厂的老板。 “朱老板,咱们又见面了。” 男人皮笑肉不笑地说,“没想到你还在做卤味生意,就是卫生条件不太行啊。” 朱文涛气得浑身发抖,他明明每次出货前都仔细检查,怎么可能有头发?但不管他怎么解释,超市还是决定暂停合作,让他先解决投诉问题。 回到店里,朱文涛把自己关在房间里,一拳砸在墙上。李梅推开门走进来,看见他手背上的血印,心疼地拿出创可贴:“别跟自己较劲,肯定是有人故意搞鬼。” 朱文涛低着头:“我就说不该冒险,现在好了,连唯一的希望都没了。” 李梅坐在他身边,把手机递给他:“你看看这个。” 屏幕上是个短视频,标题是 “老技工把维修经验做成课程,月入两万八”。 “你以前在食品厂不是负责设备维修吗?” 李梅说,“你那手修卤锅的本事,多少人想学都学不到。现在短视频这么火,你不如把你的卤味制作技巧和设备维修经验拍成视频,说不定能开辟条新路子。” 朱文涛皱着眉:“拍视频?我一个大老粗,哪会那个?” 李梅把手机塞给他:“不会可以学啊,你看人家老李,四十多岁了还从零开始呢。” 朱文涛抱着试试看的心态,下载了短视频 APP。他对着镜头练了半天,要么忘词要么紧张得发抖,第一条视频拍了二十多遍才成功。视频里,他穿着干净的围裙,手里拿着一口卤锅,详细讲解如何判断卤汤的火候。让他没想到的是,这条视频发布后不到一天,播放量就破了万,还有很多人在评论区留言,问他卤料配方和设备维修的问题。 接下来的日子,朱文涛每天收摊后就躲在房间里拍视频。他把自己多年的经验总结成 “三步选卤料”“五步修卤锅” 等简单易懂的教程,粉丝数量一天天涨起来。有天晚上,他刚发布完一条 “如何去除卤味中的腥味” 的视频,就收到一条私信,对方说自己开了家卤味店,生意一直不好,想请他做线上指导。朱文涛犹豫了一下,还是答应了,他给对方详细讲解了配方调整和制作技巧,没想到一周后,对方发来消息说生意明显好转,还给他转了两百块钱作为感谢费。 这件事给了朱文涛很大启发,他开始推出付费咨询服务,还把自己的经验整理成课程,定价九十九元。第一个月,他就卖出了三百多份课程,加上咨询费,收入比开卤味店还多。有天,他突然收到一条陌生号码的短信,是张明发来的,说上次的投诉事件已经查清楚了,是那个食品厂老板故意陷害,超市愿意恢复合作,还想邀请他做技术顾问。 朱文涛拿着手机,激动得手都在抖。他走到窗边,看着楼下熙熙攘攘的人群,突然觉得心里的那块石头消失了。他转身抱住李梅:“谢谢你,要是没有你,我现在还在钻牛角尖呢。” 李梅笑着拍了拍他的背:“谢我干啥,是你自己肯努力。你看,本命年也不是那么可怕,关键是要改掉自己的毛病。” 朱文涛这才意识到,自己以前总以为属猪人最大的坎是脾气暴,其实不是。他真正的毛病是太容易相信别人,不懂拒绝;遇到挫折就一蹶不振,缺乏从头再来的勇气;还有就是固步自封,不愿意接受新事物。这些毛病,比脾气暴更伤人。 如今,朱文涛的卤味不仅重新进入了超市,他的短视频账号也有了几十万粉丝。他还成立了一个线上社群,专门分享卤味制作和设备维修的经验,帮助了很多像他一样曾经陷入困境的人。有天,他收到王婶的消息,说她儿子也想做卤味生意,问他能不能指点一下。朱文涛笑着回复:“当然可以,不过得先改掉三个毛病:别轻易相信别人,别害怕失败,别拒绝新事物。” 腊月二十四那天,朱文涛又把最后一箱卤味搬上三轮车,手机里再次弹出本命年运势的新闻。他笑着点开,在评论区写下:“所谓的坎,不过是自己给自己设的障碍。只要肯改,肯拼,本命年也能翻身。” 写完,他蹬着三轮车,迎着朝阳出发,车后座上的红布包随风飘动,像是在为他鼓掌。
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