Anonymous
Anonymous asked in 科學天文與太空 · 1 decade ago

何謂黑洞(black hole)?

何謂黑洞(black hole)?何謂黑洞(black hole)?

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  • Anonymous
    1 decade ago
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    黑洞Black Hole ”是什麼東西呢?以我們一般的常識來看,黑洞是一個在宇宙中神秘的星體,它的引力很大,連光線都跑不出來;任何東西、物體只要靠近它,都會被吸進去然後被粉身碎骨;或者,被吸進去後,經過黑洞出來的是另一個時空。當然,後者多半是科幻小說的情節。  那麼科學上的定義黑洞為何物呢?這是一個好問題,我們要記住許多學者會給的一個評語:「只要天文學物理學家不懂某件事,他們便會引用黑洞這個說法。」這告訴我們,當我們提到黑洞時,所指的可能不是同一件事。雖然如此,我們一般所說的黑洞,是有個大同小異的定義的:黑洞是一個時空的黑暗區,由一些質量頗大的星體經重力塌縮後所剩餘的東西。它的基本特徵是有一個封閉的視界。這視界就是黑洞的邊界,一切外來的物質和輻射可以進入這視界以內,但視界內任何物質都不能從裡面跑出來。  黑洞的形成是由一個巨大的恆星演變來的,當一個巨大的恆星死亡時,其內部能量耗盡,首先變成超巨星supergiant;當超巨星的核融合達到極限時,此時便會爆炸,這時稱為超新星爆炸supernova explosion,著名的《宋史‧仁宗本紀》所稱的客星,便是指超新星;接下來便轉為中子星neutron stars,當中子星一直收縮一直收縮,當連中子的簡併壓力也擋不住時,便會形成密度極大、體積極小、重力極強的”黑洞”。 常見(或者稱為一般的)黑洞具有幾個特徵:  當一個黑洞形成後,所有物質都會向中心場縮成高一個非常細小的質點,稱為奇異點 Singularity。奇異點是黑洞的中心,整個黑洞的質量密度也屬這裡最高,可以想見它的重力是大的驚人。  我們說黑洞的重力大到連光線都跑不出去,而這個連光線也逃不出去的面,稱為事像地平面event horizon。光線和任何物質都只能從事相面外部進入其內部,而無法從裡邊逸出。這個事相面的裡邊就是黑洞。對一個在事像地平面外的觀測者來說黑洞本身唯一可偵測到的性質只有它的重力場  任何物質要從黑洞逃出來,它的逃離速度 Escape Velocity至少要大於光速(因為連光線都跑不出黑洞),然而我們根據相對論所得到的常識:沒有任何東西的速度可以超越光速!!因此一切物質只要進入了事像地平面便會跑向奇異點,永不能逃出來。而首次發現黑洞於1990年4月27日,透過哈勃太空望遠鏡 Hubble Space Telescope的啟用,近來人類對一直只是存在於理論範疇內的黑洞,已透過哈勃太空望遠鏡,有了進一步的証據。於仙女座大星系M31附近的M32發現了一個質量大於太陽三百萬倍的黑洞。M32是在我們的銀河系附近,距離地球2.3百萬光年的星系。它是人類所知密度最高的星系,於直徑只有一千光年的範圍內(我們的銀行河系直徑約十萬光年),包含了四百萬顆星,中心和密度是我們的銀河系100個一百萬倍左右。可以想見的,在如此小的範圍內包含了如此多的行星質量,這麼高的密度已經符合了我們對黑洞的定義。

    Source(s): 知識+
  • 1 decade ago

    好多一樣的問題

  • 1 decade ago

    甚 麼 是 黑 洞 ?

    黑 洞 是 一 個 時 空 的 黑 暗 區 , 由 一 些 質 量 頗 大 的 星 體 經 重 力 塌 縮 後 所 剩 餘 的 東 西 。 它 的 基 本 特 徵 是 有 一 個 封 閉 的 視 界 。 這 視 界 就 是 黑 洞 的 邊 界 , 一 切 外 來 的 物 質 和 輻 射 可 以 進 入 這 視 界 以 內 , 但 視 界 內 任 何 物 質 都 不 能 從 裡 面 跑 來 。

    黑 洞 是 怎 樣 出 現 ?

    當 一 顆 質 量 相 當 大 的 星 體 的 核 能 耗 盡 後 , 沒 有 輻 射 壓 力 去 抵 抗 重 力 , 平 衡 態 不 再 存 在 , 這 星 體 將 全 面 塌 縮 , 成 為 中 子 星 。 若 其 質 量 仍 大 於 三 個 太 陽 質 量 時 , 那 麼 連 中 子 簡 併 氣 體 壓 力 也 不 能 平 衡 重 力 , 星 體 將 斷 續 塌 縮 至 它 的 重 力 半 徑 (rg) 範 圍 之 內 。 這 時 , 引 力 之 大 足 以 使 一 切 粒 子 , 包 括 光 子 , 都 被 引 回 星 體 本 身 , 不 能 外 逸 。 這 就 形 成 黑 洞 。

    註 : 重 力 半 徑 又 稱 史 瓦 半 徑 , 它 只 與 體 的 質 量 成 正 比 。

    黑 洞 的 參 數

    要 了 解 一 顆 星 體 , 我 們 需 要 很 多 參 數 , 但 當 它 塌 縮 成 為 一 個 黑 洞 , 任 何 物 質 都 不 能 逃 離 它 , 因 此 我 們 是 無 法 觀 測 到 任 何 有 關 它 的 信 息 。 根 據 研 究 , 只 有 三 個 基 本 參 數 , 質 量 、 電 苛 和 旋 轉 , 我 們 才 能 在 遠 距 離 探 測 到 , 這 就 是「 黑 洞 沒 有 毛 髮 」的 定 理 。

    理 論 上 , 黑 洞 可 按 積 分 成 小 、 中 和 大 三 類 , 已 有 好 些 証 據 顯 示 , 中 型 黑 洞 是 大 星 體 在 其 生 命 終 結 時 , 星 體 內 陷 和 坍 塌 後 所 留 下 的 遺 骸 , 而 大 型 黑 洞 則 存 在 於 很 多 星 系 中 , 可 能 包 括 我 們 身 處 的 星 系 。

    黑 洞 的 界 限

    當 一 個 黑 洞 形 成 後 , 所 有 物 質 都 會 向 中 心 場 縮 成 高 一 個 非 常 細 小 的 質 點 , 稱 為 奇 點 , 黑 洞 的 表 面 層 稱 為「 事 件 穹 界 」。 而 這 表 面 層 和 中 心 奇 點 的 距 離 就 是 史 瓦 半 徑 。 任 何 物 質 要 從 黑 洞 的 史 瓦 半 徑 跑 到 外 面 去 , 它 的 逃 離 速 度 便 要 大 於 光 速 。 但 根 據 狹 義 相 對 論 , 光 速 是 速 度 的 極 限 , 因 此 , 一 切 物 質 到 了 事 件 穹 界 便 扯 向 中 心 的 奇 點 , 永 不 能 逃 出 來 。

    怎 樣 探 索 黑 洞 ?

    由 於 黑 洞 不 能 發 出 光 線 , 體 積 又 非 常 細 小 , 所 以 是 不 可 能 用 天 文 望 遠 鏡 規 測 得 到 的 。 但 根 據 理 論 , 如 果 一 對 雙 星 中 的 伴 星 是 黑 洞 , 那 麼 主 星 的 物 質 被 吸 引 向 黑 洞 而 形 成 一 個 吸 積 環 。 由 於 吸 積 環 的 物 質 互 相 摩 刷 而 引 起 高 溫 , 因 而 輻 射 X 光 線 。 於 是 黑 洞 搜 索 者 就 將 重 點 於 X 射 線 密 近 雙 星 上 。

    1962 年 , 人 們 探 測 所 得 , 位 於 天 鵝 座 鵝 頸 內 有 一 股 X 射 線 , 並 將 該 源 命 名 為 是 非 常 有 可 能 是 一 黑 洞 。 天 鵝 座 X-1 是 一 X 射 線 源 , 它 的 一 顆 子 星 是 超 藍 巨 星 , 那 可 能 是 黑 洞 而 看 不 見 的 子 星 質 量 。

    怎 樣 發 現 黑 洞 的 存 在 ?

    於 1990 年 4 月 27 日 , 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 的 啟 用 , 為 人 類 探 索 太 空 夫 揭 開 了 新 的 一 頁 , 雖 然 在 製 造 時 出 了 錯 誤 , 使 影 像 大 打 折 扣 , 可 是 仍 對 天 文 學 有 莫 大 的 貢 獻 。

    近 來 人 類 對 一 直 只 是 存 在 於 理 論 範 疇 內 的 黑 洞 , 已 透 過 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 , 有 了 進 一 步 的 証 據 。 於 仙 女 座 大 星 系 M31 附 近 的 M32 發 現 了 一 個 質 量 大 於 太 陽 三 百 萬 倍 的 黑 洞 。 M32 是 在 我 們 的 銀 河 系 附 近 , 距 離 地 球 2.3 百 萬 光 年 的 星 系 。 它 是 人 類 所 知 密 度 最 高 的 星 系 , 於 直 徑 只 有 一 千 光 年 的 範 圍 內 ( 我 們 的 銀 行 河 系 直 徑 約 十 萬 光 年 ) , 包 含 了 四 百 萬 顆 星 , 中 心 和 密 度 是 我 們 的 銀 河 系 100 個 一 百 萬 倍 左 右 。

    假 設 你 生 活 於 M32 中 心 的 行 星 上 , 你 會 見 到 一 個 密 佈 星 光 的 夜 光 , 光 度 比 一 百 倍 滿 月 還 要 亮 。 科 學 家 是 由 星 星 於 該 星 系 的 活 動 , 及 其 中 心 密 度 而 推 測 的 。 此 星 系 內 之 星 星 移 動 速 度 較 之 於 一 般 星 系 每 秒 快 了 100 公 里 。

    對 於 此 發 現 , 實 對 各 天 文 學 者 的 一 大 鼓 舞 , 相 信 以 後 哈 勃 望 遠 鏡 , 必 能 為 人 類 揭 開 更 多 太 空 的 神 秘 之 謎 。

  • 1 decade ago

    黑洞盡頭,無盡沈寂

    科學家告訴你:你在太空中時,沒人能聽見你的尖叫聲;但如果你正跌落一個黑洞時,不僅別人聽不見你的尖叫聲,連你自己也聽不見自己的叫聲!

    根據所謂的「漸進寂靜假設(asymptotic silence hypothesis)」,在黑洞附近的時空會變得異常扭曲,因此任何訊號,包括光和聲音,都不能傳播到任何可以察覺的距離外,即使是從你的嘴巴傳至耳朵也是一樣,所以將完全聽不到任何聲音。

    在2005年2月11日出版的物理評論快訊(Physical Review Letters,PRL)中(Phys. Rev. Lett. 94, 051101),美國邁阿密大學(University of Miami)Lars Andersson等人利用電腦模擬從大霹靂奇點產生的二維時空,讓不同區域的空間可以用不同的速率擴張。結果發現不僅是黑洞的奇點(singularities),甚至是在大霹靂(big bang)起始點的當時,上述的假設都可以成立,也就是說,他們的模擬可以捕捉奇點大部分真正的行為模式。這對瞭解「奇點」的概念很重要,而且可以在相對論(大尺度)與量子力學(小尺度)之間,取得一個比較正確而和諧的解釋。

    所謂的奇點,是指在非常小的空間中,集中了非常大的質量;科學家認為大質量恆星生命末期塌縮之後,便會形成一個這樣的奇點,也就是黑洞。但是,到目前為止,科學家對奇點的詳細性質,只能從宏觀廣義相對論來理解;但完整的廣義相對論方程式非常複雜,科學家為了要解開方程式,往往必須簡化許多數學或物理性質。

    不過,俄羅斯科學家曾在1970年代推測:基本上,所有的奇點都存在「漸進寂靜」的現象;也就是說:當你朝奇點逼近時,由於附近的時空結構相當扭曲而混亂,往往在瞬間就有非常大的改變,因此任何訊息都只能在一個非常微小的距離內傳播,然後就會遇到傳播的極限,所謂的「作用圈(sphere of influence)」。在宇宙大霹靂的簡易模型中也存在奇點所造成的漸進寂靜狀況,對現代宇宙論有重大影響,但往往被愛因斯坦相對論的複雜性限制住。

    Andersson等人的模擬的時空擴張,就如同電影中時序顛倒的播放一個觀測者落入黑洞時會見到的景象,只是他所看到的結果並不只依循時間一個方向。這個結果,不僅證明了俄羅斯科學家的假設,而且他們發現落入黑洞的過程中,觀測者行過的軌跡可以不只一條,每一條的差異性都非常大;這種怪象稱為「spikes」,很難證明,但可能與在微觀尺度下的相對論有關。然而微觀尺度往往受量子力學主導。現今有好幾個重力量子理論認為:在微觀尺度下,時空並不是平滑連續的,而是像不連續的格子狀,粒子必須從一個點跳到下一個點。如此一來,相對論與量子力學,或許彼此間就可以相互關連。除了奇點的性質外,Andersson等人還預測大霹靂所造成的spikes,應會造成重力波,而且將來科技再繼續進步,就可以偵測到這種spikes造成的重力波。

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