深度長文:黑洞吞噬一切物質,那麽我們是如何感知黑洞的?

宇宙時空探索 2024-02-18 20:05:50

黑洞,確實是一個非常的詭異的天體,憑借超強的引力能夠吞噬一切靠近的物體,哪怕是光也不例外。

不僅僅是我們看得見的物體,還是看不見的能量,信息的一旦越過黑洞的事件視界,就會有去無回,不會再重返現實世界。

也就是說,無論如何,我們都不可能看到黑洞本身,不管是借助多麽先進的望遠鏡,都不可能看到黑洞,因爲看到任何物體都需要這個物體能發光或者反射光線,但黑洞既不發光,也不會反射光線。

但是天文學家們在2019年已經拍攝到了人類曆史上首張黑洞照片,證明了黑洞確實存在。很多人就有這樣的疑問:既然黑洞不發光也不反光,天文學家們是如何拍攝到黑洞的照片的呢?如何肯定那就是一個黑洞呢?

其實道理很簡單。宇宙萬事萬物都不是孤立存在的,任何一個東西肯定會與周圍的事物産生直接或間接的聯系。

就好比我們想了解一個人,並不一定非得與這個人接觸親自去感受,只需要了解這個人周圍的人群,比如說他的親朋好友,就可以大致了解這個人的情況。

黑洞也是這個道理,雖然我們無法看到黑洞,無法接收到黑洞的任何相關信息,但我們可以通過了解黑洞與周圍天體物質的特性來探索黑洞的特點。

其實一開始黑洞只是一個純粹的數學概念,數學家們通過計算分析出了有這麽一個詭異的天體存在,這個天體質量很大,體積很小,它産生的引力連光都無法逃脫。而愛因斯坦的廣義相對論也預言了這種詭異天體的存在。

但預言歸預言,科學家們需要在現實中找到黑洞存在的證據。但由于黑洞的特性,不發光也不反光,科學家們在觀測黑洞時,一開始確實遇到了很大的難題。

因爲通常情況下,光是科學家們觀測天體唯一能依仗的工具,如果連光都不行了,他們必須另辟蹊徑。這就有了後來通過了解黑洞周邊天體的運動情況,來間接尋找並判斷黑洞存在的證據。

總體來講,目前主要有三種觀測黑洞的方法。

第一,引力效應。我們都知道,宇宙萬物之間都有引力,月亮圍繞地球轉,地球圍繞太陽轉,這都是因爲引力的存在。

太陽質量很大,意味著地球受到太陽的引力自然很大,但地球並沒有被太陽強大的引力墜落到太陽上面,而是一直圍繞著太陽公轉幾十億年之久。

而黑洞與太陽的情況就很相似,黑洞周圍通常也會有天體存在。很多人會有疑問:黑洞不是吞噬一切物體嗎?

並不是那樣的,黑洞只會吞噬一切靠近的物體,具體來講就是越過黑洞事件視界的物體。如果一個物體沒有越過事件視界,並且速度足夠快,就不會被黑洞吞噬,而會圍繞黑洞旋轉。

可以這麽通俗理解,黑洞的逃逸速度爲光速,所以一旦被黑洞引力捕獲,理論上只有超光速才能逃離黑洞,但超光速又是不被允許的。

這與地球的逃逸速度原理是一樣的。地球的逃逸速度爲每秒11.2千米,大于這個速度就可以擺脫地球引力束縛,小于這個速度就會被地球引力捕獲。

所以,如果有一個天體位于黑洞的時間視界之外,那麽這個天體與黑洞之間的關系,就相當于地球與太陽之間的關系。

假設我們同樣也看不到太陽,但憑借地球以及其他行星的周期運動規律,同樣能判斷出八大行星圍繞著一個看似空無一物的區域公轉,而那個區域一定存在某種大質量天體,通過具體計算就可以計算出那個大質量天體的具體特性,結果肯定與太陽的特性基本一致。

利用這種方法,同樣可以判斷出黑洞的存在。通過黑洞周圍天體的運行規律,首先計算出有一種大質量天體的存在,而這種天體無論如何都觀測不到,根據愛因斯坦的廣義相對論,這種天體只可能是黑洞。

第二,引力透鏡。還是需要廣義相對論,該理論表明大質量天體會帶來明顯的時空彎曲,而時空彎曲的結果就會形成一種放大鏡效應。如果在一個遙遠天體和地球之間有黑洞存在,那麽遙遠天體發出的光線途經黑洞時,就會發生彎曲和彙聚現象,據此科學家們就可以判斷出黑洞的存在,還有它的一些特性。

第三,明亮的吸積盤。剛才說了,浩瀚宇宙中,黑洞幾乎不會獨立存在,幾乎所有黑洞周圍,都或多或少地有天體的存在,通常是恒星,尤其是超大質量黑洞,周圍更是布滿了密密麻麻的恒星,這些恒星都以極高的速度圍繞著黑洞運行,稍有不慎就會被黑洞吞噬。

而在恒星被黑洞吞噬的過程中,大量帶電粒子之間由于相互摩擦碰撞,會輻射出超強的高能射線,也就是能量。

由于磁場扭曲和動量守恒,很多帶電粒子會被黑洞以接近光速的速度噴射出來,與高能射線一起組成了宇宙中最猛烈的能量爆發。

如果科學家們能觀測到這些猛烈的爆發,就可以間接找到黑洞存在的證據了。

雖然我們無法直接獲取黑洞的任何信息,但仍舊可以通過黑洞與外部世界的相互作用,間接判斷黑洞的存在。實際上這與我們判斷空氣的存在道理是一樣的,我們並不能直接看到空氣的存在,但爲什麽如此堅定空氣一定存在呢?

道理很簡單,因爲我們可以間接感受到空氣與周圍事物的相互作用,空氣的流動可以形成風,而風是我們能感受到的。

總結

理論上講,人類或許永遠都不可能直接看到黑洞的存在,甚至未來某天即便人類有實力來到一個黑洞附近,也無能爲力,我們看不到黑洞,也不能通過發射探測器到黑洞裏面一探究竟,因爲任何物體一旦進入黑洞,就有去無回,甚至連任何信息都不能發射出去。

理論上講,如果派人進入黑洞,而這個人不因黑洞強大的潮汐引力而死去的話,他或許能一睹黑洞內部的風采,但也僅此而已。黑洞的風采只有他一個人知道,無論如何他都不可能告訴黑洞外面的人。

但不管怎樣,人類對黑洞的探索不會停止。人們對宇宙的認知還非常有限,甚至算不上冰山一角,我們也一定堅信存在更高級的大自然法則,而這樣的大自然法則或許能讓我們直接觀測到黑洞的本來面目。

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簡介:用通俗的語言诠釋科學