都21世紀了, 這個現代社會不瞭解一下宇宙就很文盲啊, 現在瞭解一下宇宙中最神奇的東西吧:黑洞!
黑洞是現代廣義相對論中,
理論詳解如下:
黑洞是一個任何物質都無法逃逸的空間區域。 光當然也不能逃逸出黑洞, 所以黑洞就成了全黑的物體。 當然, 霍金用量子理論證明, 黑洞其實還是可以蒸發的。
一、小球在一個巨大品質的天體表面上的運動
假設小球在巨大品質的天體表面上拋。 由牛頓萬有引力計算得到, 如果初速度 u 不大, 小球最終會下落到天體表面。 如果初速度達到 7.9 公里每秒(在地球表面), 小球就掉不下來了, 而成為繞著天體旋轉的衛星。 如果初速度超過 11.2 公里每秒(在地球表面, 數值有沒錯?), 小球就可以逃逸出天體, 而飛入太空。 這個逃逸條件用公式表示就是
。
其中 R 是天體的半徑。 這個公式的實質是小球的動能比引力勢能的絕對值還大,
二、把這個小球換成光波
在一定半徑以內(視界), 光波也不能逃逸出來。 光波的逃逸跟上面講的小球的逃逸非常相似, 同樣受制於光速:
。
由於光速 c 是一定的,
所以, 只有在這個半徑 Rc 之外, 光波才能逃逸出來。 這個半徑就稱為視界半徑,視界之內就是黑洞。 這是拉普拉斯在牛頓力學基礎上所做的預言,它跟廣義相對論的結論驚人地一致。
三、黑洞內奇特的光錐
上圖中白色區域(Schwarzschild 度規), 邊界 2GM 就是上面講的 Rc(略去了 c2)。
設想一個粒子從外向黑洞入射, 從左圖可以看到, 光線都不可能跨越視界, 粒子更是不可能跨越視界。 但這是個假像, 因為這裡時間 t 是無窮遠處的時間。 進一步的分析可知, 從粒子自身所攜帶的固有時來看, 粒子是可以進入黑洞的。