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01 異視界訂閱源怎么獲得(我想問關于霍金的《時間簡史》)
Instagram刷粉絲, Ins買粉絲自助下單平台, Ins買贊網站可微信支付寶付款2024-07-14 13:10:28【】0人已围观
简介異視界led車燈怎么樣好。1、異視界led車燈具有更好的聚光效果,光線相對均勻,照射范圍更廣。2、采用磁懸浮風扇,減少了產品的損耗,提高了轉數,增強了使用壽命。我想問關于霍金的《時間簡史》黑洞這一術語
異視界led車燈怎么樣
好。
1、異視界led車燈具有更好的聚光效果,光線相對均勻,照射范圍更廣。
2、采用磁懸浮風扇,減少了產品的損耗,提高了轉數,增強了使用壽命。
我想問關于霍金的《時間簡史》
黑洞這一術語是不久以前才出現的。它是1969年美國科學家約翰·惠勒為形象描述至少可回溯到200年前的這個思想時所杜撰的名字。那時候,共有兩種光理論:一種是牛頓贊成的光的微粒說;另一種是光的波動說。我們現在知道,實際上這兩者都是正確的。由于量子力學的波粒二象性,光既可認為是波,也可認為是粒子。在光的波動說中,不清楚光對引力如何響應。但是如果光是由粒子組成的,人們可以預料,它們正如同炮彈、火箭和行星那樣受引力的影響。起先人們以為,光粒子無限快地運動,所以引力不可能使之慢下來,但是羅麥關于光速度有限的發現表明引力對之可有重要效應。
1783年,劍橋的學監約翰·米歇爾在這個假定的基礎上,在《倫敦皇家學會哲學學報》上發表了一篇文章。他指出,一個質量足夠大并足夠緊致的恒星會有如此強大的引力場,以致于連光線都不能逃逸——任何從恒星表面發出的光,還沒到達遠處即會被恒星的引力吸引回來。米歇爾暗示,可能存在大量這樣的恒星,雖然會由于從它們那里發出的光不會到達我們這兒而使我們不能看到它們,但我們仍然可以感到它們的引力的吸引作用。這正是我們現在稱為黑洞的物體。它是名符其實的——在空間中的黑的空洞。幾年之后,法國科學家拉普拉斯侯爵顯然獨自提出和米歇爾類似的觀念。非常有趣的是,拉普拉斯只將此觀點納入他的《世界系統》一書的第一版和第二版中,而在以后的版本中將其刪去,可能他認為這是一個愚蠢的觀念。(此外,光的微粒說在19世紀變得不時髦了;似乎一切都可以以波動理論來解釋,而按照波動理論,不清楚光究竟是否受到引力的影響。)
事實上,因為光速是固定的,所以,在牛頓引力論中將光類似炮彈那樣處理實在很不協調。(從地面發射上天的炮彈由于引力而減速,最后停止上升并折回地面;然而,一個光子必須以不變的速度繼續向上,那么牛頓引力對于光如何發生影響呢?)直到1915年愛因斯坦提出廣義相對論之前,一直沒有關于引力如何影響光的協調的理論。甚至又過了很長時間,這個理論對大質量恒星的含意才被理解。
為了理解黑洞是如何形成的,我們首先需要理解一個恒星的生命周期。起初,大量的氣體(大部分為氫)受自身的引力吸引,而開始向自身坍縮而形成恒星。當它收縮時,氣體原子相互越來越頻繁地以越來越大的速度碰撞——氣體的溫度上升。最后,氣體變得如此之熱,以至于當氫原子碰撞時,它們不再彈開而是聚合形成氦。如同一個受控氫彈爆炸,反應中釋放出來的熱使得恒星發光。這增添的熱又使氣體的壓力升高,直到它足以平衡引力的吸引,這時氣體停止收縮。這有一點像氣球——內部氣壓試圖使氣球膨脹,橡皮的張力試圖使氣球縮小,它們之間存在一個平衡。從核反應發出的熱和引力吸引的平衡,使恒星在很長時間內維持這種平衡。然而,最終恒星會耗盡了它的氫和其他核燃料。貌似大謬,其實不然的是,恒星初始的燃料越多,它則燃盡得越快。這是因為恒星的質量越大,它就必須越熱才足以抵抗引力。而它越熱,它的燃料就被用得越快。我們的太陽大概足夠再燃燒50多億年,但是質量更大的恒星可以在1億年這么短的時間內用盡其燃料,這個時間尺度比宇宙的年齡短得多了。當恒星耗盡了燃料,它開始變冷并開始收縮。隨后發生的情況只有等到本世紀20年代末才初次被人們理解。
然而,強德拉塞卡意識到,不相容原理所能提供的排斥力有一個極限。恒星中的粒子的最大速度差被相對論限制為光速。這意味著,恒星變得足夠緊致之時,由不相容原理引起的排斥力就會比引力的作用小。強德拉塞卡計算出;一個大約為太陽質量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。(這質量現在稱為強德拉塞卡極限。)蘇聯科學家列夫·達維多維奇·蘭道幾乎在同時也得到了類似的發現。
這對大質量恒星的最終歸宿具有重大的意義。如果一顆恒星的質量比強德拉塞卡極限小,它最后會停止收縮并終于變成一顆半徑為幾千英里和密度為每立方英寸幾百噸的“白矮星”。白矮星是它物質中電子之間的不相容原理排斥力所支持的。我們觀察到大量這樣的白矮星。第一顆被觀察到的是繞著夜空中最亮的恒星——天狼星轉動的那一顆。
蘭道指出,對于恒星還存在另一可能的終態。其極限質量大約也為太陽質量的一倍或二倍,但是其體積甚至比白矮星還小得多。這些恒星是由中子和質子之間,而不是電子之間的不相容原理排斥力所支持。所以它們被叫做中子星。它們的半徑只有10英里左右,密度為每立方英寸幾億噸。在中子星被第一次預言時,并沒有任何方法去觀察它。實際上,很久以后它們才被觀察到。
強德拉塞卡指出,不相容原理不能夠阻止質量大于強德拉塞卡極限的恒星發生坍縮。但是,根據廣義相對論,這樣的恒星會發生什么情況呢?這個問題被一位年輕的美國人羅伯特·奧本海默于1939年首次解決。然而,他所獲得的結果表明,用當時的望遠鏡去觀察不會再有任何結果。以后,因第二次世界大戰的干擾,奧本海默本人非常密切地卷入到原子彈計劃中去。戰后,由于大部分科學家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去,因而引力坍縮的問題被大部分人忘記了。但在本世紀60年代,現代技術的應用使得天文觀測范圍和數量大大增加,重新激起人們對天文學和宇宙學的大尺度問題的興趣。奧本海默的工作被重新發現,并被一些人推廣。
圖6.1
當你觀察一個恒星坍縮并形成黑洞時,為了理解你所看到的情況,切記在相對論中沒有絕對時間。每個觀測者都有自己的時間測量。由于恒星的引力場,在恒星上某人的時間將和在遠處某人的時間不同。假定在坍縮星表面有一無畏的航天員和恒星一起向內坍縮,按照他的表,每一秒鐘發一信號到一個繞著該恒星轉動的空間飛船上去。在他的表的某一時刻,譬如11點鐘,恒星剛好收縮到它的臨界半徑,此時引力場強到沒有任何東西可以逃逸出去,他的信號再也不能傳到空間飛船了。當11點到達時,他在空間飛船中的伙伴發現,航天員發來的一串信號的時間間隔越變越長。但是這個效應在10點59分59秒之前是非常微小的。在收到10點59分58秒和10點59分59秒發出的兩個信號之間,他們只需等待比一秒鐘稍長一點的時間,然而他們必須為11點發出的信號等待無限長的時間。按照航天員的手表,光波是在10點59分59秒和11點之間由恒星表面發出;從空間飛船上看,那光波被散開到無限長的時間間隔里。在空間飛船上收到這一串光波的時間間隔變得越來越長,所以恒星來的光顯得越來越紅、越來越淡,最后,該恒星變得如此之朦朧,以至于從空間飛船上再也看不見它,所余下的只是空間中的一個黑洞。然而,此恒星繼續以同樣的引力作用到空間飛船上,使飛船繼續繞著所形成的黑洞旋轉。
但是由于以下的問題,使得上述情景不是完全現實的。你離開恒星越遠則引力越弱,所以作用在這位無畏的航天員腳上的引力總比作用到他頭上的大。在恒星還未收縮到臨界半徑而形成事件視界之前,這力的差就已經將我們的航天員拉成意大利面條那樣,甚至將他撕裂!然而,我們相信,在宇宙中存在質量大得多的天體,譬如星系的中心區域,它們遭受到引力坍縮而產生黑洞;一位在這樣的物體上面的航天員在黑洞形成之前不會被撕開。事實上,當他到達臨界半徑時,不會有任何異樣的感覺,甚至在通過永不回返的那一點時,都沒注意到。但是,隨著這區域繼續坍縮,只要在幾個鐘頭之內,作用到他頭上和腳上的引力之差會變得如此之大,以至于再將其撕裂。
羅杰·彭羅斯和我在1965年和1970年之間的研究指出,根據廣義相對論,在黑洞中必然存在無限大密度和空間——時間曲率的奇點。這和時間開端時的大爆炸相當類似,只不過它是一個坍縮物體和航天員的時間終點而已。在此奇點,科學定律和我們預言將來的能力都失效了。然而,任何留在黑洞之外的觀察者,將不會受到可預見性失效的影響,因為從奇點出發的不管是光還是任何其他信號都不能到達他那兒。這令人驚奇的事實導致羅杰·彭羅斯提出了宇宙監督猜測,它可以被意譯為:“上帝憎惡裸奇點。”換言之,由引力坍縮所產生的奇點只能發生在像黑洞這樣的地方,在那兒它被事件視界體面地遮住而不被外界看見。嚴格地講,這是所謂弱的宇宙監督猜測:它使留在黑洞外面的觀察者不致受到發生在奇點處的可預見性失效的影響,但它對那位不幸落到黑洞里的可憐的航天員卻是愛莫能助。
廣義相對論方程存在一些解,這些解使得我們的航天員可能看到裸奇點。他也許能避免撞到奇點上去,而穿過一個“蟲洞”來到宇宙的另一區域。看來這給空間——時間內的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是,所有這些解似乎都是非常不穩定的;最小的干擾,譬如一個航天員的存在就會使之改變,以至于他還沒能看到此奇點,就撞上去而結束了他的時間。換言之,奇點總是發生在他的將來,而從不會在過去。強的宇宙監督猜測是說,在一個現實的解里,奇點總是或者整個存在于將來(如引力坍縮的奇點),或者整個存在于過去(如大爆炸)。因為在接近裸奇點處可能旅行到過去,所以宇宙監督猜測的某種形式的成立是大有希望的。這對科學幻想作家而言是不錯的,它表明沒有任何一個人的生命曾經平安無事:有人可以回到過去,在你投胎之前殺死你的父親或母親!
事件視界,也就是空間——時間中不可逃逸區域的邊界,正如同圍繞著黑洞的單向膜:物體,譬如不謹慎的航天員,能通過事件視界落到黑洞里去,但是沒有任何東西可以通過事件視界而逃離黑洞。(記住事件視界是企圖逃離黑洞的光的空間——時間軌道,沒有任何東西可以比光運動得更快。)人們可以將詩人但丁針對地獄入口所說的話恰到好處地用于事件視界:“從這兒進去的人必須拋棄一切希望。”任何東西或任何人一旦進入事件視界,就會很快地到達無限致密的區域和時間的終點。
廣義相對論預言,運動的重物會導致引力波的輻射,那是以光的速度傳播的空間——時間曲率的漣漪。引力波和電磁場的漣漪光波相類似,但是要探測到它則困難得多。就像光一樣,它帶走了發射它們的物體的能量。因為任何運動中的能量都會被引力波的輻射所帶走,所以可以預料,一個大質量物體的系統最終會趨向于一種不變的狀態。(這和扔一塊軟木到水中的情況相當類似,起先翻上翻下折騰了好一陣,但是當漣漪將其能量帶走,就使它最終平靜下來。)例如,繞著太陽公轉的地球即產生引力波。其能量損失的效應將改變地球的軌道,使之逐漸越來越接近太陽,最后撞到太陽上,以這種方式歸于最終不變的狀態。在地球和太陽的情形下能量損失率非常小——大約只能點燃一個小電熱器,這意味著要用大約1干億億億年地球才會和太陽相撞,沒有必要立即去為之擔憂!地球軌道改變的過程極其緩慢,以至于根本觀測不到。但幾年以前,在稱為PSR1913+16(PSR表示“脈沖星”,一種特別的發射出無線電波規則脈沖的中子星)的系統中觀測到這一效應。此系統包含兩個互相圍繞著運動的中子星,由于引力波輻射,它們的能量損失,使之相互以螺旋線軌道靠近。J·H·泰勒和R·A·荷爾西由于對廣義相對論的這一證實,而獲得1993年的諾貝爾獎。大約3億年后它們將會碰撞。它們在碰撞之前,將會公轉得這么快速,甚至像LIGO這樣的檢測器卻能接收到它們射出的引力波。
在恒星引力坍縮形成黑洞時,運動會更快得多,這樣能量被帶走的速率就高得多。所以不用太長的時間就會達到不變的狀態。這最終的狀態將會是怎樣的呢?人們會以為它將依賴于形成黑洞的恒星的所有的復雜特征——不僅僅它的質量和轉動速度,而且恒星不同部分的不同密度以及恒星內氣體的復雜運動。如果黑洞就像坍縮形成它們的原先物體那樣變化多端,一般來講,對之作任何預言都將是非常困難的。
然而,加拿大科學家外
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