在浩瀚宇宙中,黑洞的内部究竟是什么样子的呢?

如题所述

任何有质量的物体都具有引力,而引力本身是四种基本力中最弱的,所以我们难以发现小质量物体之间的引力作用。

但随着物体质量的增加,引力效应就会变得非常明显,我们的太阳系就是如此形成的。早期的太阳系只不过是一些星云物质,这些物质在运动之中不断碰撞融合,形成了一些较大的天体,而大质量的天体又会吸引融合小质量的天体,久而久之就诞生了恒星。

太阳系中虽然有八大行星、数百颗卫星以及不计其数的小行星,但这些天体加在一起只占太阳系物质总量的0.14%,而太阳自己就占了99.86%。


恒星的引力虽然强大,但并不是宇宙中最强大的天体,宇宙中真正强大的天体是黑洞。

黑洞和恒星、行星等一样都是宇宙中的天体,但黑洞又与其它的天体表现出了截然不同的状态,因为黑洞的引力实在是太强大了。黑洞强大的引力来源于其无限的密度。所以黑洞无论大小,都能够吞噬其引力范围内的一切物质。

在不考虑霍金辐射的前提下,一个直径一毫米的黑洞如果诞生在地球之上,那么它无限的密度就会导致其直接坠落到地球的中心,然后在那里不断吸收地球物质,最终将整个地球吞入腹内。


当然,现实中这种事情并不会发生,根据霍金辐射理论,过小的黑洞在产生的瞬间就会蒸发殆尽。

宇宙中的黑洞通常很大,恒星级的黑洞往往是由恒星坍缩而成的。在恒星燃料耗尽之时,由于聚变所产生的张力无法与引力继续保持平衡,恒星就会发生坍缩,最终坍缩为一个新的天体,小质量的恒星会坍缩为白矮星,而大质量的恒星则会坍缩为中子星和黑洞。

当然,宇宙中还有比恒星级黑洞更大的星系级黑洞,这些星系级黑洞往往处于星系的中心,比如银河系的中心黑洞人马座a*就是其一,星系级黑洞往往是宇宙的原生黑洞,诞生于宇宙之初。


黑洞有大有小,这里所说的大小主要是指黑洞的质量,而非体积。

从观测角度来讲,黑洞的体积的确也是有大小的,但是观测上所讲的黑洞体积实际上是根据黑洞的史瓦西半径来计算的。

在史瓦西半径之内,由于黑洞强大的引力,包括光在内的一切物质都无法逃逸而出,所以是无法观测的,然而物质在被黑洞吸收的过程中会被拉扯撕碎,同时释放巨大的能量,这就在黑洞的视界之外产生了一圈明亮的吸积盘,我们也就可以通过吸积盘观测到黑洞,黑洞的质量越大,其史瓦西半径也就越大,但史瓦西半径并非黑洞的真实体积。


通常认为,黑洞的内部什么也没有,也就是说黑洞其实并没有一个实体的表面。

这是因为在黑洞视界内部,由于强大的引力作用,没有任何力量可以阻止物质不断坍缩,所以不论黑洞吞噬多少物质,最终都会汇聚成为一个点,这个点体积无限小,密度无限大,是一种不可理解的存在,我们称之为奇点。

每一个黑洞的内部都是一个封闭的世界,那个世界是与我们所认知的世界完全不同的。我们知道引力会导致时间和空间的弯曲,在黑洞强大引力的作用下,黑洞内部的时间和空间与常识中的概念完全不同,在那里,我们现有的物理法则可能都不适用。这才是黑洞真正神秘的地方。

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第1个回答  2021-08-02

黑洞(black hole)是时空展现出引力的加速度极端强大,以至于没有粒子,甚至电磁辐射,像是光都无法逃逸的区域。广义相对论预测,足够紧密的质量可以扭曲时空,形成黑洞;不可能从该区域逃离的边界称为事件视界 (event horizon)。虽然,事件视界对穿越它的物体的命运和情况有巨大影响,但对该地区的观测似乎未能探测到任何特征。在许多方面,黑洞就像一个理想的黑体,它不反光。此外,弯曲时空中的量子场论预测,事件视界发出的霍金辐射,如同黑体的光谱一样,可以用来测量与质量反比的温度。在恒星质量的黑洞,这种温度高达数十亿K,因此基本上无法观测。

黑洞力学四定律:

第零定律:稳态黑洞表面引力为常数。

第一定律:dM=k/8π dA+ΩdJ+VdQ(自然单位制c=G=h bar=1)

其中,M,k,A,Ω,J,V,Q分别为质量(能量),表面引力,表面积,转动角速度,角动量,表面静电势,电荷。

与之类比:dU=TdS+ΩdJ+VdQ

其中,U,T,S,Ω,J,V,Q分别为内能,温度,熵,转动角速度,角动量,表面静电势,电荷。

第二定律:黑洞面积随时间不会减少。

第三定律:不可能通过有限步骤使表面引力降为0(达到极端黑洞,即产生裸奇点)

黑洞内部结构模型图

黑洞内部中心奇点结构模型图

图中+-号代表不可分割的最小正负弦信息单位-弦比特(string bit)

(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)

注:位元即比特

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