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女生和渣男搞笑圖片 2023-08-31 22:07:09
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女人的黑洞是什麼樣的圖片圖庫

發布時間: 2022-07-20 00:30:16

A. 女人黑洞什麼樣

黑黑的,咸鹹的

B. 黑洞到底是什麼樣子的

以人類的視角來看,黑洞絕對是一種奇葩的天體,通常它質量很大,體積又很小,但是引力又很大,在它的視界邊緣,光都難以逃脫,那麼黑洞到底是一個什麼樣子的東西呢?或者說它的形狀是啥樣呢?其實時至今日,還沒有一個人實際看到過它視界之內的樣子,包括全世界最權威的天文學家在內,對於黑洞的樣子都是根據理論而推測來的。所以我們看到有關黑洞的圖片或者視頻,要麼是一個黑黝黝的「洞」,要麼是一個黑黝黝的「球」。

其實黑洞這個詞很容易讓人誤解,以為就是一個黑幽幽的大洞。其實不是,天文學中的黑洞是一種天體,這個天體並不是一個大洞,而應該是一個球狀天體,但是它卻是一個無所不息的球狀天體。那麼科學家們為什麼稱它為「黑洞」呢?首先是因為這個東西既不會發光,也不會反光,比最黑的顏色還要黑,也比最黑的黑夜還要黑,這是因為光遇到它的時候會被吸進去,因為即便以光的速度在距離他太近的時候也會被吸引到它裡面,所以宇宙中的黑洞是看不見的,我們只能通過它對周圍的物質的影響來判斷它的存在。而之所以稱它為「洞」,也正是由於它只吸不吐的性質,就好像東西掉進洞里一樣,所以黑洞這個名詞是很形象的,但是卻容易讓人產生誤解,以為它是一個黑色的洞。

如上是人們對一般意義上的黑洞的理解,但其實我們在看黑洞的時候卻不是這個樣子的,通常情況下,它應該是一個略微發一點光的,並且兩極有輻射的球體,這是由於黑洞的引力極大,它周圍極遠距離內的物質都會被它吸到它的附近,並在其引力下拉成碎片,甚至把原子都拉碎,造成黑洞附近的吸積盤,這一時刻是有能量放出的,而且會發出極強的光,科學家們觀測到的宇宙中的類星體就是這個樣子的,由於物質在宇宙中是廣泛分布的,所以幾乎所有黑洞周圍都是有物質的,那麼黑洞對他周圍的物資也會有一種吸附作用,這一過程中黑洞的視界邊緣之外就會發光,有一部分光並不會被黑洞吸入,所以從這個道理上講,黑洞會或多或少的發一些光,完全不發光的黑洞反倒是極其少見的,甚至可以說是不存在的。

黑洞是宇宙中物質密度最高的天體,大型黑洞也是宇宙中質量最大的天體,關於黑洞的內部世界,可以稱為另一個時空,因為時空相對外面是扭曲的,不少科學家認為黑洞之中會有一個奇點,那才是物質和能量匯聚的地方,但是假設進入黑洞內部,也不會看到這個奇點,因為它產生的光不可能向外發射。

按宇宙中黑洞的形成機制來看,最小的黑洞大約要相當於太陽質量的30倍,不過也有可能有一些質量特別小的黑洞,但是根據霍金輻射理論來說,小黑洞一般很容易蒸發掉,它只有適度的且不斷的吞噬物質才能保持它的形態,天文觀測方面至今也沒有發現質量比較小的黑洞,而個頭巨大的類星體卻發現了一些,因為類星體的中心都是一種大型黑洞,質量甚至能達到太陽的百億倍以上,這也是宇宙間質量最大的天體,距今為止發現的最大的類星體是瑞士天文學家發現的一個質量達到太陽180億倍的類星體中心黑洞,而我們銀河系中心的黑洞則由太陽質量的400萬倍。

C. 女人的黑洞是什麼來的。

天然形成,沒有半點人工雕琢的痕跡,而且隨著年齡的增長,慢慢的顏色還會加深,變得越來越黑,和稠密的!

D. 黑洞是什麼形狀的是球形還是平面形的還是漩渦形的

黑洞它是天體的一種特殊的情況,它是天體的密度到達一定界限,出現了嚴重的空間探索,對周圍的物體產生強大的吸引力,包括光的不放過的一種情況,所以黑洞的形狀它仍然是類似於星球一樣的,只不過它的體積會很小,這樣才能保證它很大的密度。

人們現在所發現的黑洞,在網上所看到的各種各樣的黑洞的照片兒,都只是模擬圖,手工圖或者特效真實的黑洞圖片,都是模擬出來的圖片,並不是真實的,只有最近的m87黑洞圖片一張,特別模糊的這個點,其他的圖片都是人類通過想像所繪制出來的東西而已。

E. 黑洞的秘密是什麼我想看她的圖片

黑洞就是巨大的恆星完成由物質到能量的轉變機器!
恆星是核聚變的星球,同時隨著時間的延續,其內部同時又在進行核裂變反應,核聚變物質消耗殆盡的時候發生坍縮,因為外部反應停止,而內部核裂變能量在增加,星球再次膨脹,形成紅巨星,假如恆星的質量足夠大,那麼裂變產物就會變的越來越小,星球體積越來越萎縮,最後成為白矮星,甚至成為中子星,更甚的就成為黑洞!黑洞是個兩中子都不存在的以能量為核心的星體!引力場極大,無限的吸引吞噬其他星體積累能量,當能量積累到一定程度就會發展成為白洞——製造宇宙物質的最原始的源泉。

F. 女人兩腿中間黑洞圖冊怎麼看自己

照鏡子,拿兩個鏡子能看到

G. 黑洞裡面是什麼樣子

由一個只允許外部物質和輻射進入而不允許物質和輻射從中逃離的邊界即視界(event
horizon)所規定的時空區域。
黑洞,天文學名詞。所謂「黑洞」,是引力場很強的一種天體,就連光也不能逃脫出來。等恆星的半徑小到一特定值(天文學上叫「史瓦西半徑」)時,就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時,恆星就變成了黑洞。說它「黑」,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質一旦掉進去,「似乎」就再不能逃出。由於黑洞中的光無法逃逸,所以我們無法直接觀測到黑洞。然而,可以通過測量它對周圍天體的作用和影響來間接觀測或推測到它的存在。黑洞引申義為無法擺脫的境遇。陽性星系、天體散發著光和熱的能量信息,吸收陰和涼的能量信息。陰性星系、天體,它的核心散發著陰和涼的能量信息,吸收光和熱的能量信息。這類星系的核心和這類天體,從視覺上說我們地球人是看不見的。這就是人們常說的黑洞。
■物理學觀點的解釋
視覺效應。宇宙是由一些大大小小的遠離平衡的系統組成的。幾個或更多的發光發熱的天體,圍繞著一個吸光、吸熱的,並散布著陰冷、陰暗信息的天體旋轉,組成遠離平衡的系統,這樣的系統在宇宙中是普遍存在的。周圍是散發光和熱的天體,中心是一個吸光吸熱並散布著陰冷、陰暗的信息的天體,這種現象很容易讓人從視覺得那光量的中心是一個深黑不見底的洞——黑洞。
黑洞的吞噬。許多學者認為「黑洞」吞食恆星,而且吞噬量很大,因此駭人聽聞,談黑色變。根據象性理論,也大可不必擔憂。就銀河系核心的體積來講,比一顆恆星的體積大了何止千百萬倍。假如銀河附近,有一顆發光發熱的恆星A,原來我們是經常能看到的,以後,我們的眼睛或望遠鏡就無法觀察到了,有些人就認為是被黑洞吞食了;其實是這顆恆星A由於運動轉向了銀河系核心的背面了,銀河以巨型的身體擋住了我們的視線而已。再過一定的時間,這些被誤認為吞食了的恆星A,很有可能出現在地球人的視線里,地球上的人又能在某個角度上看得見了。
黑洞是密度超大的天體,吸納一切,光也逃不了.(現在有科學家分析,宇宙中不存在黑洞,這需要進一步的證明,但是我們在學術上可以存在不同的意見)
補註:在空間體積為無限小(可認為是0)而注入質量接近無限大的狀況下,場無限強化的情況下黑洞真的還有實體存在嗎?或物質的最終結局不是化為能量而是成為無限的場?
按組成來劃分,黑洞可以分為兩大類。一是暗能量黑洞,二是物理黑洞。
暗能量黑洞
暗能量黑洞主要由高速旋轉的巨大的暗能量組成,它內部沒有巨大的質量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋轉,其內部產生巨大的負壓足以吞噬物體,從而形成黑洞,詳情請看「宇宙黑洞論」。暗能量黑洞是星系形成的基礎,也是星團、星系團形成的基礎。
物理黑洞
物理黑洞由一顆或多顆天體坍縮形成,具有巨大的質量。當一個物理黑洞的質量等於或大於一個星系的質量時,我們稱之為奇點黑洞。暗能量黑洞的體積很大,可以有太陽系那般大。它的比起暗能量黑洞來說體積非常小,它甚至可以縮小到一個奇點。
劃分二
1972年,美國普林斯頓大學青年研究生貝肯斯坦提出黑洞"無毛定理":星體坍縮成黑洞後,只剩下質量,角動量,電荷三個基本守恆量繼續起作用。其他一切因素("毛發")都在進入黑洞後消失了。這一定理後來由霍金等四人嚴格證明。
由此,根據黑洞本身的物理特性,可以將黑洞分為以下四類。
(1)不旋轉不帶電荷的黑洞。它的時空結構於1916年由施瓦西求出稱施瓦西黑洞。
(2)不旋轉帶電黑洞,稱R-N黑洞。時空結構於1916-1918年由Reissner(賴斯納)和Nordstrom(納自敦)求出。
(3)旋轉不帶電黑洞,稱克爾黑洞。時空結構由克爾於1963年求出。
(4)一般黑洞,稱克爾-紐曼黑洞。時空結構於1965年由紐曼求出。
(5)與其他恆星一塊形成雙星的黑洞。
編輯本段產生
黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程;恆星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮,發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成一個密實的星球。但在黑洞情況下,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來的是一個密度高到難以想像的物質。由於高密度而產生的力量,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去,黑洞就變得像真空吸塵器一樣.
亦可以簡單理解:通常恆星的最初只含氫元素,恆星內部的氫原子時刻相互碰撞,發生裂變、聚變。由於恆星質量很大,裂變與聚變產生的能量與恆星萬有引力抗衡,以維持恆星結構的穩定。由於裂變與聚變,氫原子內部結構最終發生改變,破裂並組成新的元素——氦元素。接著,氦原子也參與裂變與聚變,改變結構,生成鋰元素。如此類推,按照元素周期表的順序,會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至鐵元素生成,該恆星便會坍塌。這是由於鐵元素相當穩定不能參與裂變或聚變,而鐵元素存在於恆星內部,導致恆星內部不具有足夠的能量與質量巨大的恆星的萬有引力抗衡,從而引發恆星坍塌,最終形成黑洞。
跟白矮星和中子星一樣,黑洞可能也是由質量大於太陽質量20倍的恆星演化而來的。
當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫),由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直到最後形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。
根據科學家的猜想,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直至成為一個體積很小、密度趨向很大。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),正象我們上面介紹的那樣,巨大的引力就使得即使光也無法向外射出,從而切斷了恆星與外界的一切聯系——「黑洞」誕生了。
根據科學家計算,一個物體要有每秒種7.9公里的速度,就可以不被地球的引力拉回到地面,而在空中饒著地球轉圈子了.這個速度,叫第一宇宙速度.如果要想完全擺脫地球引力的束縛,到別的行星上去,至少要有11.2km/s的速度,這個速度,叫第二宇宙速度.也可以叫逃脫速度.這個結果是按照地球的質量和半徑的大小算出來的.就是說,一個物體要從地面上逃脫出去,起碼要有這么大的速度。可是對於別的天體來說,從它們的表面上逃脫出去所需要的速度就不一定也是這么大了。一個天體的質量越是大,半徑越是小,要擺脫它的引力就越困難,從它上面逃脫所需要的速度也就越大.
按照這個道理,我們就可以這樣來想:可能有這么一種天體,它的質量很大,而半徑又很小,使得從它上面逃脫的速度達到了光的速度那麼大。也就是說,這個天體的引力強極了,連每秒鍾三十萬公里的光都被它的引力拉住,跑不出來了。既然這個天體的光跑不出來,我們然談就看不見它,所以它就是黑的了。光是宇宙中跑得最快的,任何物質運動的速度都不可能超過光速.既然光不能從這種天體上跑出來,當然任何別的物質也就休想跑出來.一切東西只要被吸了進去,就不能再出來,就象掉進了無底洞,這樣一種天體,人們就把它叫做黑洞.
我們知道,太陽現在的半徑是七十萬公里。假如它變成一個黑洞,半徑就的大大縮小.縮到多少?只能有三公里.地球就更可憐了,它現在半徑是六千多公里.假如變成黑洞,半徑就的縮小到只有幾毫米.那裡會有這么大的壓縮機,能把太陽
地球縮小的這么!這簡直像《天方夜譚》里的神話故事,黑洞這東西實在太離奇古怪了。但是,上面說的這些可不是憑空想像出來的,而是根據嚴格的科學理論的出來的.原來,黑洞也是由晚年的恆星變成的,象質量比較小的恆星,到了晚年,會變成白矮星;質量比較大的會形成中子星.現在我們再加一句,質量更大的恆星,到了晚年,最後就會變成黑洞.所以,總結起來說,白矮星
中子星和黑洞,就是晚年恆星的三種變化結果。現在,白矮星已經找到了,中子星也找到了,黑洞找到沒有?也應該找到的.但要找到它們實在是很困難。特別是那些單個的黑洞,我們現在簡直毫無辦法。有一種情況下的黑洞比較有希望找到,那就是雙星里的黑洞.
雙星就是兩顆互相饒著轉的恆星.雖然我們看不見黑洞,但卻能從那顆看的見的恆星的運動路線分析出來.這是什麼道理呢?因為,雙星中的每一個星都是沿著橢圓形路線運動的,而單顆的恆星不是這樣運動。如果我們看到天空中有顆恆星在沿橢圓形路線運動,卻看不到它的'同伴',那就值得仔細研究了。我們可以把那顆星走的橢圓的大小,走完一圈用的時間,都測量出來.有了這些,就可以算出來那個看不見的'同伴'的質量有多大。如果算出來質量很大,超過中子星能有的質量,那就可以進一步證明它是個黑洞了。
在天鵝星座,有一對雙星,名叫天鵝座X-1.這對雙星中,一顆是看的見的亮星,另一顆卻看不見.根據那可亮星的運動路線.可以算出來它的'同伴'的質量很大,至少有太陽質量的五倍.這么大的質量是任何中子星都不可能有的.當然,除這些以外還有別的證據。所以,基本上可以肯定,天鵝座X-1中那個看不見的天體就是一個黑洞.這是人類找到的第一個黑洞。另外,還發現有幾對雙星的特徵也跟天鵝座X-1很相似,它們裡面也有可能有黑洞。科學家正對它們作進一步的研究.「黑洞」很容易讓人望文生義地想像成一個「大黑窟窿」,其實不然。所謂「黑洞」,就是這樣一種天體:它的引力場是如此之強,就連光也不能逃脫出來。黑洞是體積較小、質量極大的天體。它可以造成時空的無限下陷,另外它自己本身有極大的引力,再加上時空下陷的影響可以把經過或靠近的任何物體吸入這個無底深淵里;有時黑洞也是一個捷徑通道,之所以說黑洞是捷徑通道,是因為有些黑洞一旦進入就會到另一個地方去
那個地方與來時的地方會有幾萬光年的距離。
編輯本段演變黑洞的吸積
黑洞通常是因為它們聚攏周圍的氣體產生輻射而被發現的,這一過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴重影響吸積流的幾何與動力學特性。目前觀測到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤。當吸積氣體接近中央黑洞時,它們產生的輻射對黑洞的自轉以及視界的存在極為敏感。對吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉黑洞和視界的存在提供了強有力的證據。數值模擬也顯示吸積黑洞經常出現相對論噴流也部分是由黑洞的自轉所驅動的。

H. 黑洞到底是什麼樣子的圖片

黑洞是看不見的,他是一個溫度無限高,密度無限大,引力無限強,質量無限大,體積無限小的一個點,猶豫引力無限強,當光到達是發生了扭曲,一部分被黑洞吸走,一部分繞過黑洞射向另一邊,所以目前除了通過引力,輻射等方法察覺黑洞,光學的照相機是拍不到黑洞的。所以有人給你黑洞的圖片都是假的。
(求採納!求採納!求採納!重要事情說三遍)

I. 黑洞裡面是什麼樣的

第七章 黑洞不是這么黑的
在1970 年以前,我關於廣義相對論的研究,主要集中於是否存在一個大爆炸奇點。然而,同年11 月我的
女兒露西出生後不久的一個晚上,當我上床時,我開始思考黑洞的問題。我的殘廢使得這個過程相當慢,所以我
有許多時間。那時候還不存在關於空間——時間的那一點是在黑洞之內還是在黑洞之外的准確定義。我已經和羅
傑·彭羅斯討論過將黑洞定義為不能逃逸到遠處的事件集合的想法,這也就是現在被廣泛接受的定義。它意味著,
黑洞邊界——即事件視界——是由剛好不能從黑洞逃逸而永遠只在邊緣上徘徊的光線在空間——時間里的路徑
所形成的(圖7.1)。這有點像從警察那兒逃開,但是僅僅只能比警察快一步,而不能徹底地逃脫的情景!
圖7.1
我忽然意識到,這些光線的路徑永遠不可能互相靠近。如果它們靠近了,它們最終就必須互相撞上。這正如
和另一個從對面逃離警察的人相遇——你們倆都會被抓住:(或者,在這種情形下落到黑洞中去。)但是,如果
這些光線被黑洞所吞沒,那它們就不可能在黑洞的邊界上呆過。所以在事件視界上的光線的路徑必須永遠是互相
平行運動或互相散開。另一種看到這一點的方法是,事件視界,亦即黑洞邊界,正像一個影子的邊緣——一個即
將臨頭的災難的影子。如果你看到在遠距離上的一個源(譬如太陽)投下的影子,就能明白邊緣上的光線不會互
相靠近。
時間簡史 ——從大爆炸到黑洞 made by dotneter@teamfly
如果從事件視界(亦即黑洞邊界)來的光線永遠不可能互相靠近,則事件視界的面積可以保持不變或者隨時
間增大,但它永遠不會減小——因為這意味著至少一些在邊界上的光線必須互相靠近。事實上,只要物質或輻射
落到黑洞中去,這面積就會增大(圖7.2);或者如果兩個黑洞碰撞並合並成一個單獨的黑洞,這最後的黑洞的
事件視界面積就會大於或等於原先黑洞的事件視界面積的總和(圖7.3)。事件視界面積的非減性質給黑洞的可
能行為加上了重要的限制。我如此地為我的發現所激動,以至於當夜沒睡多少。第二天,我給羅傑·彭羅斯打電
話,他同意我的結果。我想,事實上他已經知道了這個面積的性質。然而,他是用稍微不同的黑洞定義。他沒有
意識到,假定黑洞已終止於不隨時間變化的狀態,按照這兩種定義,黑洞的邊界以及其面積都應是一樣的。
圖7.2、圖7.3
人們非常容易從黑洞面積的不減行為聯想起被叫做熵的物理量的行為。熵是測量一個系統的無序的程度。常
識告訴我們,如果不進行外加干涉,事物總是傾向於增加它的無序度。(例如你只要停止保養房子,看會發生什
么?)人們可以從無序中創造出有序來(例如你可以油漆房子),但是必須消耗精力或能量,因而減少了可得到
的有序能量的數量。
熱力學第二定律是這個觀念的一個准確描述。它陳述道:一個孤立系統的熵總是增加的,並且將兩個系統連
接在一起時,其合並系統的熵大於所有單獨系統熵的總和。譬如,考慮一盒氣體分子的系統。分子可以認為是不
斷互相碰撞並不斷從盒子壁反彈回來的康樂球。氣體的溫度越高,分子運動得越快,這樣它們撞擊盒壁越頻繁越
厲害,而且它們作用到壁上的向外的壓力越大。假定初始時所有分子被一隔板限制在盒子的左半部,如果接著將
隔板除去,這些分子將散開並充滿整個盒子。在以後的某一時刻,所有這些分子偶爾會都呆在右半部或回到左半
部,但占絕對優勢的可能性是在左右兩半分子的數目大致相同。這種狀態比原先分子在左半部分的狀態更加無序,
所以人們說熵增加了。類似地,我們將一個充滿氧分子的盒子和另一個充滿氮分子的盒子連在一起並除去中間的
時間簡史 ——從大爆炸到黑洞 made by dotneter@teamfly
壁,則氧分子和氮分子就開始混合。在後來的時刻,最可能的狀態是兩個盒子都充滿了相當均勻的氧分子和氮分
子的混合物。這種狀態比原先分開的兩盒的初始狀態更無序,即具有更大的熵。
和其他科學定律,譬如牛頓引力定律相比,熱力學定律的狀況相當不同,例如,它只是在絕大多數的而非所
有情形下成立。在以後某一時刻,所有我們第一個盒子中的氣體分子在盒子的一半被發現的概率只有幾萬億分之
一,但它們可能發生。但是,如果附近有一黑洞,看來存在一種非常容易的方法違反第二定律:只要將一些具有
大量熵的物體,譬如一盒氣體扔進黑洞里。黑洞外物體的總熵就會減少。當然,人們仍然可以說包括黑洞里的熵
的總熵沒有降低——但是由於沒有辦法看到黑洞裡面,我們不能知道裡面物體的熵為多少。如果黑洞具有某一特
征,黑洞外的觀察者因之可知道它的熵,並且只要攜帶熵的物體一落入黑洞,它就會增加,那將是很美妙的。緊
接著上述的黑洞面積定理的發現(即只要物體落入黑洞,它的事件視界面積就會增加),普林斯頓一位名叫雅可
布·柏肯斯坦的研究生提出,事件視界的面積即是黑洞熵的量度。由於攜帶熵的物質落到黑洞中去,它的事件視
界的面積就會增加,這樣黑洞外物質的熵和事件視界面積的和就永遠不會降低。
看來在大多數情況下,這個建議不違背熱力學第二定律,然而還有一個致命的瑕疵。如果一個黑洞具有熵,
那它也應該有溫度。但具有特定溫度的物體必須以一定的速率發出輻射。從日常經驗知道:只要將火鉗在火上燒
至紅熱就能發出輻射。但在低溫下物體也發出輻射;通常情況下,只是因為其輻射相當小而沒被注意到。為了不
違反熱力學第二定律這輻射是必須的。所以黑洞必須發出輻射。但正是按照其定義,黑洞被認為是不發出任何東
西的物體,所以看來,不能認為黑洞的事件視界的面積是它的熵。1972 年,我和布蘭登·卡特以及美國同事詹
姆·巴丁合寫了一篇論文,在論文中我們指出,雖然在熵和事件視界的面積之間存在許多相似點,但還存在著這
個致命的困難。我必須承認,寫此文章的部份動機是因為被柏肯斯坦所激怒,我覺得他濫用了我的事件視界面積
增加的發現。然而,最後發現,雖然是在一種他肯定沒有預料到的情形下,但他基本上還是正確的。
1973 年9 月我訪問莫斯科時,和蘇聯兩位最主要的專家雅可夫·捷爾多維奇和亞歷山大·斯塔拉賓斯基討論
黑洞問題。他們說服我,按照量子力學不確定性原理,旋轉黑洞應產生並輻射粒子。在物理學的基礎上,我相信
他們的論點,但是不喜歡他們計算輻射所用的數學方法。所以我著手設計一種更好的數學處理方法,並於1973
年11 月底在牛津的一次非正式討論會上將其公布於眾。那時我還沒計算出實際上輻射多少出來。我預料要去發
現的正是捷爾多維奇和斯塔拉賓斯基所預言的從旋轉黑洞發出的輻射。然而,當我做了計算,使我既驚奇又惱火
的是,我發現甚至非旋轉黑洞顯然也以不變速率產生和發射粒子。起初我以為這種輻射表明我所用的一種近似無
效。我擔心如果柏肯斯坦發現了這個情況,他就一定會用它去進一步支持他關於黑洞熵的思想,而我仍然不喜歡
這種思想。然而,我越仔細推敲,越覺得這近似其實應該有效。但是,最後使我信服這輻射是真實的理由是,這
輻射的粒子譜剛好是一個熱體輻射的譜,而且黑洞以剛好防止第二定律被違反的准確速率發射粒子。此後,其他
人用多種不同的形式重復了這個計算,他們所有人都證實了黑洞必須如同一個熱體那樣發射粒子和輻射,其溫度
只依賴於黑洞的質量——質量越大則溫度越低。
我們知道,任何東西都不能從黑洞的事件視界之內逃逸出來,何以黑洞會發射粒子呢?量子理論給我們的回
答是,粒子不是從黑洞裡面出來的,而是從緊靠黑洞的事件視界的外面的「空」的空間來的!我們可以用以下的方
法去理解它:我們以為是「真空」的空間不能是完全空的,因為那就會意味著諸如引力場和電磁場的所有場都必須
剛好是零。然而場的數值和它的時間變化率如同不確定性原理所表明的粒子位置和速度那樣,對一個量知道得越
准確,則對另一個量知道得越不準確。所以在空的空間里場不可能嚴格地被固定為零,因為那樣它就既有準確的
值(零)又有準確的變化率(也是零)。場的值必須有一定的最小的不準確量或量子起伏。人們可以將這些起伏
理解為光或引力的粒子對,它們在某一時刻同時出現、互相離開、然後又互相靠近而且互相湮滅。這些粒子正如
同攜帶太陽引力的虛粒子:它們不像真的粒子那樣能用粒子加速器直接探測到。然而,可以測量出它們的間接效
時間簡史 ——從大爆炸到黑洞 made by dotneter@teamfly
應。例如,測出繞著原子運動的電子能量發生的微小變化和理論預言是如此相一致,以至於達到了令人驚訝的地
步。不確定性原理還預言了類似的虛的物質粒子對的存在,例如電子對和誇克對。然而在這種情形下,粒子對的
一個成員為粒子而另一成員為反粒子(光和引力的反粒子正是其自身)。
因為能量不能無中生有,所以粒子反粒子對中的一個參與者有正的能量,而另一個有負的能量。由於在正常
情況下實粒子總是具有正能量,所以具有負能量的那一個粒子註定是短命的虛粒子。它必須找到它的伴侶並與之
相湮滅。然而,一顆接近大質量物體的實粒子比它遠離此物體時能量更小,因為要花費能量抵抗物體的引力吸引
才能將其推到遠處。正常情況下,這粒子的能量仍然是正的。但是黑洞里的引力是如此之強,甚至在那兒一個實
粒子的能量都會是負的。所以,如果存在黑洞,帶有負能量的虛粒子落到黑洞里變成實粒子或實反粒子是可能的。
這種情形下,它不再需要和它的伴侶相湮滅了,它被拋棄的伴侶也可以落到黑洞中去。啊,具有正能量的它也可
以作為實粒子或實反粒子從黑洞的鄰近逃走(圖7.4)。對於一個遠處的觀察者而言,這看起來就像粒子是從黑
洞發射出來一樣。黑洞越小,負能粒子在變成實粒子之前必須走的距離越短,這樣黑洞發射率和表觀溫度也就越
大。
圖7.4
輻射出去的正能量會被落入黑洞的負能粒子流所平衡。按照愛因斯坦方程E=mc2(E 是能量,m 是質量,
c 為光速),能量和質量成正比。所以往黑洞去的負能量流減少它的質量。當黑洞損失質量時,它的事件視界面
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積變小,但是它發射出的輻射的熵過量地補償了黑洞的熵的減少,所以第二定律從未被違反過。
還有,黑洞的質量越小,則其溫度越高。這樣當黑洞損失質量時,它的溫度和發射率增加,因而它的質量損
失得更快。人們並不很清楚,當黑洞的質量最後變得極小時會發生什麼。但最合理的猜想是,它最終將會在一個
巨大的、相當於幾百萬顆氫彈爆炸的發射爆中消失殆盡。
一個具有幾倍太陽質量的黑洞只具有1000 萬分之一度的絕對溫度。這比充滿宇宙的微波輻射的溫度(大約
2.7K)要低得多,所以這種黑洞的輻射比它吸收的還要少。如果宇宙註定繼續永遠膨脹下去,微波輻射的溫度
就會最終減小到比這黑洞的溫度還低,它就開始損失質量。但是即使那時候,它的溫度是如此之低,以至於要用
100 億億億億億億億億年(1 後面跟66 個0)才全部蒸發完。這比宇宙的年齡長得多了,宇宙的年齡大約只有
100 到200 億年(1 或2 後面跟10 個0)。另一方面,正如第六章 提及的,在宇宙的極早期階段存在由於
無規性引起的坍縮而形成的質量極小的太初黑洞。這樣的小黑洞會有高得多的溫度,並以大得多的速率發生輻射。
具有10 億噸初始質量的太初黑洞的壽命大體和宇宙的年齡相同。初始質量比這小的太初黑洞應該已蒸發完畢,
但那些比這稍大的黑洞仍在輻射出X 射線以及伽瑪射線。這些X 射線和伽瑪射線像是光波,只是波長短得多。
這樣的黑洞幾乎不配這黑的綽號:它們實際上是白熱的,正以大約1 萬兆瓦的功率發射能量。
只要我們能夠駕馭黑洞的功率,一個這樣的黑洞可以開動10 個大型的發電站。然而,這是非常困難的:這
黑洞的質量和一座山差不多,卻被壓縮成萬億之一英寸亦即比一個原子核的尺度還小!如果在地球表面上你有這
樣的一個黑洞,就無法阻止它透過地面落到地球的中心。它會穿過地球而來回振動,直到最後停在地球的中心。
所以僅有的放置黑洞並利用之發出能量的地方是繞著地球轉動的軌道,而僅有的將其放到這軌道上的辦法是,用
在它之前的一個大質量的吸引力去拖它,這和在驢子前面放一根胡羅卜相當像。至少在最近的將來,這個設想並
不現實。
但是,即使我們不能駕馭這些太初黑洞的輻射,我們觀測到它們的機遇又如何呢?我們可以去尋找在太初黑
洞壽命的大部分時間里發出的伽瑪射線輻射。雖然它們在很遠以外的地方,從大部分黑洞來的輻射非常弱,但是
從所有它們來的總的輻射是可以檢測得到的。我們確實觀察到了這樣的一個伽瑪射線背景:圖7.5 表示觀察到
的強度隨頻率的變化。然而,這個背景可以是也可能是除了太初黑洞之外的過程產生的。圖7.5 中點線指出,
如果在每立方光年平均有300 個太初黑洞,它們所發射的伽瑪射線的強度應如何地隨頻率而變化。所以可以說,
伽瑪射線背景的觀測並沒給太初黑洞提供任何正的證據。但它們確實告訴我們,在宇宙中每立方光年不可能平均
有300 個以上的太初黑洞。這個極限表明,太初黑洞最多隻能構成宇宙中百萬分之一的物質。
由於太初黑洞是如此之稀罕,看來不太可能存在一個近到我們可以將其當作一個單獨的伽瑪射線源來觀察。
但是由於引力會(圖7.5)將太初黑洞往任何物質處拉近,所以在星系裡面和附近它們應該會更稠密得多。雖然
伽瑪射線背景告訴我們,平均每立方光年不可能有多於300 個太初黑洞,但它並沒有告訴我們,太初黑洞在我
們星系中的密度。譬如講,如果它們的密度高100 萬倍,則離開我們最近的黑洞可能大約在10 億公里遠,或
者大約是已知的最遠的行星——冥王星那麼遠。在這個距離上去探測黑洞恆定的輻射,即使其功率為1 萬兆瓦,
仍是非常困難的。人們必須在合理的時間間隔里,譬如一星期,從同方向檢測到幾個伽瑪射線量子,以便觀測到
一個太初黑洞。否則,它們僅可能是背景的一部份。因為伽瑪射線有非常高的頻率,從普郎克量子原理得知,每
一伽瑪射線量子具有非常高的能量,這樣甚至發射一萬兆瓦都不需要許多量子。而要觀測到從冥王星這么遠來的
如此少的粒子,需要一個比任何迄今已造成的更大的伽瑪射線探測器。況且,由於伽瑪射線不能穿透大氣層,此
探測器必須放到外空間。
時間簡史 ——從大爆炸到黑洞 made by dotneter@teamfly
圖7.5
當然,如果一顆像冥王星這么近的黑洞已達到它生命的末期並要爆炸開來,去檢測其最後爆炸的輻射是容易
的。但是,如果一個黑洞已經輻射了100~20O 億年,不在過去或將來的幾百萬年裡,而是在未來的若干年裡
到達它生命的終結的可能性真是微不足道!所以在你的研究津貼用光之前,為了有一合理的機會看到爆炸,必須
找到在大約1 光年距離之內檢測任何爆炸的方法。事實上,原先建造來監督違反禁止核試驗條約的衛星檢測到
了伽瑪射線爆。每個月似乎發生16 次左右,並且大體均勻地分布在天空的所有方向上。這表明它們起源於太陽
系之外,否則的話,我們可以預料它們要集中於行星軌道面上。這種均勻分布還表明,這些伽瑪射線源要麼處於
銀河系中離我們相當近的地方,要麼在它的外圍的宇宙學距離之處,否則它們還會集中於星系的平面之上。在後
者的情形下,產生伽瑪射線爆所需的能量實在太大,微小的黑洞根本提供不起。但是如果這些源以星系的尺度衡
量和我們鄰近,那就可能是正在爆發的黑洞。我非常希望這種情形成真,但是我必須承認,還可以用其他方式來
解釋伽瑪射線爆,例如中子星的碰撞。未來幾年的觀測,尤其是像LIGO 這樣的引力波探測器,應該能使我們發
現伽瑪射線爆的起源。
即使對太初黑洞的探索證明是否定的,並且看來可能會是這樣,仍然給了我們關於極早期宇宙的重要信息。
如果早期宇宙曾經是紊亂或無規的,或者物質的壓力很低,可以預料到會產生比我們對伽瑪射線背景所作的觀測
所設下的極限更多的太初黑洞。只有當早期宇宙是非常光滑和均勻的,並有很高的壓力,人們才能解釋為何沒有
觀測到太初黑洞。
黑洞輻射的思想是第一個這樣的例子,它以基本的方式依賴於本世紀兩個偉大理論即廣義相對論和量子
力學所作的預言。因為它推翻了已有的觀點,所以一開始就引起了許多反對:「黑洞怎麼會輻射東西出來?」當我
在牛津附近的盧瑟福——阿普頓實驗室的一次會議上,第一次宣布我的計算結果時,受到了普遍質疑。我講演結
束後,會議主席、倫敦國王學院的約翰·泰勒宣布這一切都是毫無意義的。他甚至為此還寫了一篇論文。然而,
最終包括約翰·泰勒在內的大部分人都得出結論:如果我們關於廣義相對論和量子力學的其他觀念是正確的,黑
洞必須像熱體那樣輻射。這樣,即使我們還不能找到一個太初黑洞,大家相當普遍地同意,如果找到的話,它必
須正在發射出大量的伽瑪射線和X 射線。
時間簡史 ——從大爆炸到黑洞 made by dotneter@teamfly
黑洞輻射的存在看來意味著,引力坍縮不像我們曾經認為的那樣是最終的、不可逆轉的。如果一個航天員落
到黑洞中去,黑洞的質量將增加,但是最終這額外質量的等效能量會以輻射的形式回到宇宙中去。這樣,此航天
員在某種意義上被「再循環」了。然而,這是一種非常可憐的不朽,當他在黑洞里被撕開時,他的任何個人的時間
的概念幾乎肯定都達到了終點,甚至最終從黑洞輻射出來的粒子的種類一般都和構成這航天員的不同:這航天員
所遺留下來的僅有特徵是他的質量或能量。
當黑洞的質量大於幾分之1 克時,我用以推導黑洞輻射的近似應是很有效的。但是,當黑洞在它的生命晚
期,質量變成非常小時,這近似就失效了。最可能的結果看來是,它至少從宇宙的我們這一區域消失了,帶走了
航天員和可能在它裡面的任何奇點(如果其中確有一個奇點的話)。這是量子力學能夠去掉廣義相對論預言的奇
點的第一個跡象。然而,我和其他人在1974 年所用的方法不能回答諸如量子引力論中是否會發生奇性的問題。
所以從1975 年以來,根據理查德·費因曼對於歷史求和的思想,我開始發展一種更強有力的量子引力論方法。
這種方法對宇宙的開端和終結,以及其中的諸如航天員之類的存在物給出的答案,這些將在下兩章中敘述。我們
將看到,雖然不確定性原理對於我們所有的預言的准確性都加上了限制,同時它卻可以排除掉發生在空間——時
間奇點處的基本的不可預言性。