首先,忘掉“零點能量/無限密度點”吧。 物理學中,零點能量,可簡稱零點能,起源於量子諧振子處在基態時,量子數為零的考量,是量子力學所描述的物理系統會有的最低能量,此時系統所處的態稱為基態;所有量子力學系統都有零點能量。 在量子場論中,該詞匯和真空能量是等義詞,指的空無一物的空間仍有此一定能量存在,對一些系統可以造成擾動,並且導致一些量子電動力學會出現的現象,例如蘭姆位移與喀希米爾效應;它的效應可在納米尺度的元件直接觀測的到。 在宇宙論中,真空能量被視為宇宙常數的來源,和造就了宇宙加速膨脹的暗能量相關。 因為零點能量是一系統可能持有的最低能量,因此該能量是無法自系統移除的。 盡管如此,零點能量的概念以及自真空汲取“免費能量”的可能性引起了業餘發明者的注目——許多“永動機”或稱“免費能量裝置”等的提案都運用這項概念來解釋。 ) 時間上的一瞬,空間上的一點,加起來才是黑洞的奇點。 黑洞研究:從方程式裏的數字,到實際研究中的數據 無限小的點,無窮大的質量,宇宙中一切皆有可能! (經過10多年准備,四大洲8個觀測點組成虛擬望遠鏡網絡——一個如同地球直徑大小的事件視界望遠鏡,在集齊所有觀測數據並深度分析後,讓黑洞終於擁有了一張“正面照”。 北京時間2019年4月10日晚9時許,包括中國在內,全球多地天文學家同步公布了黑洞“真容”。 該黑洞位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質量約為太陽的65億倍。 它的核心區域存在一個陰影,周圍環繞一個新月狀光環。 愛因斯坦廣義相對論被證明在極端條件下仍然成立。 4年前,兩個黑洞合並產生的引力波信號被科學家“捕捉”到,成為科學界的一個裏程碑事件,人類開始“聽”到黑洞。 圖源:xinhuanet) 黑洞從根本上說是一種四維事物,時空的綜合產物,而不僅僅是空間。 特別是,史瓦西黑洞的奇點不僅是空間中的一點,也是時間上的一瞬。 研究者們在一個史瓦西事件視界裏面發現了一個塌陷的宇宙,而且隨著時間推移其密度變得越來越大,直至密度變得發散的那一刻來臨,世界線終止、再無未來可言。 這從時間上說就是奇點,不是空間中的某點。 但這樣條理清晰的畫面只存在於完美球面對稱的情況下。 當黑洞有角動量時(換句話說,它旋轉),就不再是球面對稱了。 而當徑向上的密度變得發散時,切向上的密度卻沒有。 這可以想象成環行的奇特之處,那就是既真又假:如果你希望是真的,可以用合適的繪圖軟件畫出這個奇特的形狀,說假是因為這個特性是時間上的一瞬,而不是飄移在空間裏的一個幾何物體。 這個改變造成了黑洞內部的事件視界在時間上那一瞬的來臨。 (只有很小一部分黑洞周圍擁有大量氣體可供吸積,因此能夠被我們看到;銀河系中的絕大多數黑洞迄今仍然未被發現。 圖源:huanqiukexue) 我的建議?忘掉點狀或環狀,除非你想要研究史瓦西或克爾黑洞的四維空間幾何結構。 如果你想弄清楚這奇特之處是什麼,那它的形狀不重要,重要的是哪就是時間上未來的一瞬(意即事件視界裏一切物質的時間盡頭。 ) 我感謝帕特倫那些大方的支持者。 如果你喜歡我的答案,請考慮加入他們。 他們就想努力為角動量為零的愛因斯坦-費爾德方程,找到一個封閉式真空解。 並沒有什麼建議,也不會嘗試去陳述什麼是內部結構,或做相關的模型。 實際上,初始史瓦西解只是展示有一個封閉式真空解,給到愛因斯坦-費爾德方程。 (史瓦西解。 1915年12月,在愛因斯坦發表廣義相對論1個月後,德國天文學家卡爾·史瓦西即得到愛因斯坦場方程的精確解,能夠對於點質量與球形質量所產生的引力場給出描述。 該精確解算出,如果某天體全部質量都壓縮到很小的“引力半徑”範圍之內,所有物質、能量(包括光線)都被囚禁在內,從外界看,這天體就是絕對黑暗的存在,也就是“黑洞”。 圖源:sina) 點質量真空解,像其他諸多物理學方程愛假設一樣,各種假設:當這些維度不重要時,無限小的點質量無窮或起主導作用。 例如,計算木星圍繞太陽運行的軌道,並不取決於知曉木星或太陽的半徑。 知道那些點就行。 幾乎沒有物理學家,包括愛因斯坦,思考過這些真空解真的預告了黑洞的存在。 這點上就不比牛頓的點質量。 根據研究,數十年後終於獲得了相關證據。 此前,這些解不過是數學上的興趣。 史瓦西解也可用於計算行星軌道,並提供一個比牛頓更精確百億分之一的解。 對黑洞的研究曾經難以寸進,如今被數值相對論解決了,而不是封閉式真空模型。 這不需要點質量或完全真空,就是大型及時。 為什麼數值相對論能搞定? 沒人知道黑洞的內部結構,它有多重,能量如何分布。 只有什麼進入它,卻沒出來。 這導致的結果是“中心就是未來”:既然載力粒子不能從質量的中心離開,那它們就無法影響中心以外距離所控制的事件。 相反,既然光子能圍繞中心運動,或者,直線穿行,那收到的光子序列和發射時並不一樣。 有一種“時間和空間交換了位置”的感覺。 如果你在一個沒有窗戶的盒子中自由落體到黑洞裏,不看向外面,你是無法區分星際空間的不同的。 忽略潮汐力。 (黑洞中的氣體噴射流。 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。 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。 一旦物質被拉向黑洞,它會在黑洞邊緣旋轉,並在被吞噬之前甩掉部分角動量。 磁性便是在這一過程產生的。 在氣體繞黑洞盤面邊緣旋轉時,會產生自己的磁場,這個磁場會拋射盤面的氣體遠離黑洞。 這些噴射物會從距離黑洞最近的氣體內部“盜取”能量。 隨後,氣體速度慢慢減緩,最終被這個黑暗的魔獸所吞噬。 圖源:sina) 原本的光子並不環繞運動,而且你已經落到了黑洞中心。 打開一扇窗戶,那你將注意到一個巨大的不同。 關於黑洞我了解得並不多,那種概念上的奇異性並非零質量/無限密度。 d=m/v,the d->inf, 當 v->0時, 任何點的質量>0。 還有,就我所知,我們已經看過的甜甜圈/指環畫面,並不是黑洞裏面的景觀,而是由極大引力引起的空間的劇烈扭曲,因此會被某種足夠大的物質堵截住的光,被旋轉環繞後顯現在“折疊”空間。 光在空間裏只能直線傳播,即使空間被扭曲了也一直是這樣。 可以做一個模型:在一張紙上畫一條直線,把紙卷起來看看這條直線成了什麼樣。 (被扭曲的光線,日全食驗證廣義相對論。 圖源:tuxi) 參考資料 1.Wikipedia百科全書 2.天文學名詞 translate: 潘潘 author: quora 如有相關內容侵權,請於三十日以內聯系作者刪除 轉載還請取得授權,並注意保持完整性和注明出處 《為什麼天文學家會把黑洞內部的奇點描繪成一個甜甜圈的樣子》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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為什麼天文學家會把黑洞內部的奇點描繪成一個甜甜圈的樣子
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