被黑洞吞噬掉的星球都去哪儿啦,难道凭空消失了?

2023-05-07 18:41:59 来源:科普中国网

黑洞是宇宙中的极端顶级天体,也可以说是宇宙所有天体的顶级尸骸,就是终极遗体。但这个尸骸并不是寿终正寝安静地待着,或者慢慢腐烂消失,而是会像许多鬼怪影视和传说中那样的“诈尸”。


(资料图)

黑洞的“诈尸”就是由于其极端的曲率,形成极端的引力,会把靠近自己身边的一切,包括比自己质量大的恒星等天体撕碎,吞噬掉,最终让它们消失得无影无踪。在黑洞周边没有任何吞噬对象时,黑洞就会像消失了一样,无法看到。

那么这些被吞噬掉的天体物质都到哪里去了呢?许多朋友对这种现象十分不解,按照物理规律,任何物体都不可能无缘无故的消失,黑洞难道违背了物理规律吗?

其实并非如此。说起来,黑洞正是爱因斯坦广义相对论预言的一种奇异天体,而广义相对论是现代物理学的基础,这说明黑洞正是符合物理学推论的一种存在,是爱因斯坦场论推演的必然结果。

爱因斯坦的这种推论被同时代科学家卡尔·史瓦西进一步破解,他在1916年广义相对论刚刚发表不久,论证出了质量的临界半径特征值,就是任何具有质量的物体,都有一个临界半径值,当被某种力量压缩到极端,也就是被压缩进自己的临界半径范围时,就会出现某种奇异现象。

这种奇异现象就是物质会无限坍缩到核心一个无限小的奇点上,这个奇点密度无限大,温度无限高,曲率无限大。由于无限的曲率,这个奇点会在自己周围形成一个球状空间,这个球状空间半径正好就是质量的临界半径,任何物质一旦靠近进入这个半径,就有去无回,连逃逸速度达到每秒三十万公里的光也不例外。

人们把这个临界半径值称为史瓦西半径,而这个球状空间就被称为黑洞。与质量相比,这个球状空间很小,其计算公式为R=2GM/C^2,R即为史瓦西半径,G为引力常量,M为物体质量,C为光速。

根据这个公式,我们可以计算出太阳的史瓦西半径约为3公里,地球的史瓦西半径约为9毫米。任何物质包括一个原子,都有其质量临界点。这个理论已经被科学观测和实验所证实,没有什么可质疑的。

由于进入黑洞的光都无法逃逸,依靠光来观测世界的人类就无法看到黑洞了。人们现在所以能够观测到黑洞,是因为黑洞贪吃,在狼吞虎咽的过程周边物质剧烈碰撞迸发出强光和各种射线,根据这些包围着黑洞的可见光和高能射线,人们才能一窥黑洞外貌。

其实,黑洞的大小,主要是指史瓦西半径的大小,这个大小是与黑洞质量成正比的,而黑洞的实质就是核心那个奇点,所有的黑洞不管质量大小,奇点都是一样的无限小,也就是无法衡量有多小,而史瓦西半径那个那个球状实际上是个空空如也的引力场空间。

说到这,朋友们应该知道那些被黑洞吞噬的天体物质都到哪儿去了吧?简单的说,就是都被揉碎成比我们理解的最小粒子还小的物质,坠落到核心的奇点里去了。而这个奇点虽然无限小,但并没有消失,这一点从黑洞吞噬物质后质量不断增大,其史瓦西半径也不断增大就可以证明。

人们虽然无法窥探黑洞内部状况,但正是从观测黑洞的史瓦西半径大小和活动状况,得到黑洞质量、角动量、电荷等物理量,这说明黑洞在我们的世界依然遵循着物理定律。

至于奇点是个什么东西,目前的科学尚无法解释,因为现代物理学研究认为,奇点是超时空物质,不属于我们世界理论能够解释的范畴,比较规范的说法是现代物理学在奇点处失效。

虽然如此,还是有许多科学家对黑洞奇点提出各种猜想,比较有影响的说法是:

1、黑洞奇点是另一个时空交汇处,物质从黑洞奇点处消失,成为另一个时空的东西;

2、宇宙原初奇点是量子真空随机涨落的产物,是带有巨大能量的正负虚粒子,它们随机成对出现又相互湮灭,由于这种随机的不完美和不对称,有的没有湮灭,由此就诞生了宇宙;

3、物质从黑洞奇点处消失,转移到了另一个时空,从另一个时空白洞中喷射而出;

这些解释各有各的道理,但作为黑洞物质的去向似乎都无法自圆其说,且尚无任何证据。因为物质进入黑洞后看似消失了,但在黑洞外面还能观测到至少四个物理量,即质量、角动量、电荷和曲率,这说明被黑洞吸入的物质还在里面,既没有消失,也没有被转移到另一个时空。

正是这样,黑洞才有着极端的力量,吞噬着所有的一切。因此,黑洞奇点的问题至今还没有一个真正能够解释的理论,或许永远是一个谜。你说呢,欢迎讨论。

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