视网膜病变

黑洞是黑色的吗为什么观测到的黑洞都是那么


黑洞是宇宙中最为特殊的一类天体,因为我们无法像其它恒星或者行星那样直接可以观测到它们,只能借助于受它们引力影响的其它天体或者物质的运动规律来进行间接观测。从表面字义上看,黑洞似乎是一个“黑咕隆咚”的洞,实则不然,我们之所以将其定义为“黑洞”,不是说它的颜色是黑色,而是由于其巨大的引力作用,连光都释放不出来,从某种意义上来说,黑洞代表着“虚无”,什么也没有。

黑洞的由来

关于黑洞的产生,科学界目前认为它的形成前期过程,和其它恒星,比如中子星、白矮星等基本一致。而恒星的发展演化结果,用最简单的几句话描述,就是恒星从壮年到衰老时,其中心核聚变反应所产生的辐射压,能否支撑住自身外壳的巨大重量。在恒星处于主序期时,内核聚变产生的辐射压与外壳重力相平衡,恒星无论从体积,还是释放的能量都是基本稳定的。而一旦内核进行核聚变的原料不足,向外的辐射压支撑不住外壳向内的重量时,就会发生坍缩,直至内核压力加大、温度持续增高引发新物质的核聚变,使两个力之间重新进行平衡。

当恒星的质量较小时,其内核的温度即使在坍缩之后也不足以支撑新物质产生核聚变,那么最终将会演化为白矮星。而恒星末期残留质量仍然大于1.4倍太阳质量时,最后的塌缩结果则有几率变为中子星。如果末期恒星残留质量大于3.2倍太阳质量,内核向外的辐射压以及微观粒子的简并压,都不能再支撑自身向内的重力作用,那么,恒星就会发生最后一次大坍缩,所有物质都将向着中心挤压,形成体积几乎无限小、密度无限大的“奇点”。

黑洞的史瓦西半径

通常情况下,我们计算一个物体脱离一个星体所需要的最小速度,应用的是它上面的逃逸速度,即第二宇宙速度,其公式为:V逃逸=√(2GM/R),其中G为引力常数、M为该星体的质量、R为天体质心与物体质心之间的距离。比如,通过计算,我们可以得出一个物体在地球上的逃逸速度为11.2千米每秒、在木星上的逃逸速度为60千米每秒。星体的质量越大,物体脱离该星体所需要的最低速度也就越大。

光是一类特殊的物质,其运动速度在宇宙中是最快的。而黑洞作为另外一类特殊的星体,由于其巨大的质量,使得物体脱离其引力束缚的范围就非常大。作为光来说,由于黑洞的引力非常大,那么在理论上就有光也逃离不出去的极限区域,而这个区域科学界定义为黑洞的史瓦西半径,即逃逸速度等于光速时距离黑洞中心的距离,其推导出的计算公式为:R=2GM/C^2。

任何物体包括光,一旦进入到黑洞的史瓦西半径之内,无论速度有多快,都会被黑洞的巨大引力吸进去,从而切断了外界与黑洞的一切信息联系,黑洞的无限“虚无”就此产生。

我们常见的黑色

在日常生活中,我们经常会发现黑色的物体,比如黑色的纸、黑板、黑油漆、黑黑的土地、黑色的汽车等等,这些物体之所以呈现黑色,主要是由于物体组成的分子能级有关。

太阳光线的组成,波长从短到长可以依次划分为:伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波,波长越短,频率就越高,所携带的能量就也越高,我们能够用肉眼感受到的光线,是光谱中的可见光部分,它仅占到了太阳光线组成的很小一部分。在可见光中,从波长从短到长,又可以分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,我们能够看到五颜六色的物体,主要原因就在于它们吸收了大部分的可见光,反射后的某种颜色的单色光或者几个单色光组合形成的复合色光,决定了我们能够看到物体的最终颜色。

我们常见的黑色物体,由于微观组成的分子能够吸收所有的可见光,因此,人眼内的视网膜感光细胞接收不到任何色光的刺激,也就没有任何关于颜色的神经电信号传递给大脑,我们的大脑就判定该物体为黑色。物体颜色会随着周围光线的明暗程度、其它色光的干扰发生相应改变,比如我们将白色的物体放到非常漆黑的环境中,同样我们也看不到。

而在光线充足的环境中,我们之所以能够看到黑色物体,除了人眼感光细胞的作用之外,我们还可以通过物体与周围环境的反差进行判定。另外,自然环境中能够完全吸收光线的物体是不存在的,黑色物体或多或少地会反射出一些光线来,从而也使我们的眼睛能够观察到它们。

黑洞的“隐身术”

对比黑洞由巨大引力使光线逃逸不出来的特性,我们可以发现,这种情况与我们日常生活中看到黑色物体的原理是不一样的。黑色物体是由于内部微观粒子能级的作用吸收了所有可见光,而黑洞则是内部由于巨大的引力光线无法逃脱,二者有本质的区别。

黑洞很难直接被观测到的原因,除了这种对光线的巨大引力,使得我们接收不到黑洞发射出来的光线之外,还有一个重要原因,就是对空间的巨大弯曲作用。

光线沿直线传播是其最基本的属性之一,但由于任何有质量的物体,都会有引力场的存在,对周围空间具有一定的弯曲作用,在这种情况下,光仍然沿着两点间的最短距离进行传播,但是由于空间的弯曲,它走的将不是直线,而是曲线,只不过像地球这样的行星对于空间的弯曲作用非常有限,几乎可以忽略不计,因此很难发现。

而黑洞就不一样了,由于它的巨大质量,引力场非常强大,空间弯曲作用非常明显,即使被黑洞挡住的光线,在向着黑洞传播时,除一部分被吸入以外,还有一部分会通过弯曲的空间,绕过黑洞而地球传播过来,因此从地球看来,我们可以透过黑洞观察到它的侧面甚至背面的星空,感觉就像是黑洞不存在一样,这也是黑洞难以被发现的另一种绝技-“隐身术”。




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