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苟利军:黑洞研究的汗青

2019-11-28 光亮日报
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  黑洞本身是一个引力异常强的天体,要追溯黑洞的汗青,要追溯到人们对万有引力的熟悉。

  万有引力的发明可以追溯到17世纪,牛顿坐在苹果树下面看到苹果掉落上去,激起了灵感。他不只仅认识到这类景象,并且写下了公式,那就是有关于引力的万有引力公式。在此基本之上,牛顿取得了人们所熟知的逃逸速度公式。

  在此以后,更多迷信家根据牛顿的实际作了进一步的应用和推行。在18世纪的法国,数学家拉普拉斯想象在宇宙傍边有能够会存在着一种天体,它异常致密,以致于从它本身收回的光都不克不及够从它四周逃脱出来。如今看来是日体就是最朴实的关于黑洞的一种想法主意。

  到了19世纪,更多迷信家的不雅测关于牛顿的实际提出了一些挑衅。到20世纪初的时辰,物理学家爱因斯坦起首提出了狭义相对论,在十年以后又提出了狭义相对论,对引力提出了颠覆性的熟悉,比如认为引力场其实其实不是由质量惹起的,而是时空被质量、有质量物体曲折今后的效应。

  在爱因斯坦1915年提出狭义相对论以后的几个月,德籍物理学家史瓦西取得了精确的爱因斯坦场方程解,这就是“没有迁移转变黑洞的史瓦西解”。在史瓦西1916年取得这个解以后的几十年间,黑洞研究的停顿其实异常迟缓。

  在20世纪30年代末,美国的原子弹之父奥文海默和他的先生取得了一种学说:恒星在逝世亡塌缩的时辰有能够塌缩成一个致密的奇点,并且推导出了这个质量的下限,3.2个太阳质量阁下。

  当时间进入20世纪60年代的时辰,黑洞的研究迎来了两项冲破性停顿:1963年新西兰的数学家罗伊·克尔经过过程数学求解的方法第一次精确取得了爱因斯坦场方程的带有改变黑洞的精确解。1964年,用不雅测办法发清楚明了第一颗恒星级的黑洞。正是实际和不雅测同时的冲破,使得黑洞研究范畴迎来了它的黄金时代,在接上去的二三十年,一大年夜批地理学家、物理学家投身于这个范畴。如古人们所知道的有关于黑洞知识根本上都是在这段时间内取得的。

  在这一时代,有一名异常有名的相对论物理大年夜师——普林斯顿大年夜学的传授约翰·惠勒,他不只学术研究异常出色,并且在迷信传播方面也做了异常多的任务。黑洞这个名字经过他的推行,才得以被众人所知。别的,虫洞这个名词也是他提出的。

  在惠勒以后,霍金进一步发清楚明了所谓的霍金辐射,改变了之前经典狭义相对论关于黑洞的熟悉。

  到今朝为止,迷信家曾经发清楚明了异常多的黑洞,经过过程质量可以把它们分化为三大年夜类:

  一类是恒星量级的黑洞,也就是说它的质量可以从3倍太阳质量到100个太阳质量之间。

  第二类称之为超大年夜质量的黑洞,它的质量终点是几十万倍的太阳质量,或许上百万倍的太阳质量,一向到几十亿倍乃至于上百亿倍的太阳质量。介于个中的这一类黑洞,称之为中等质量的黑洞。然则关于中等质量的黑洞,如今不雅测的直接证据异常少,然则实际研究证明,它们应当是存在的,所以寻觅中等质量的黑洞也是今朝研究的一个热点课题。

  关于黑洞,它可以说是宇宙傍边最为奇异,也是最为简单的一类天体。关于黑洞,只须要3个物理量便可以描述它,一个是它的质量,一个是它的迁移转变,别的一个就是它的电荷。

  在宇宙傍边,气体简直都是以等离子体状况存在,会存在异常多的自在电荷。假设一个黑洞带电,那很轻易吸附四周的带电粒子而达到电力均衡。所以终究只剩下两个物理量,一个质量,一个迁移转变,这个时辰,便可以经过过程所谓的克尔度规来完全描述天体物理学傍边的黑洞,迷信家重要的义务就是丈量黑洞的这两个根本量。

  在银河系中,按照实际,还应当存在着上亿个恒星量级的黑洞。但遗憾的是人类到今朝为止仅仅探测到了几十个,并且只要不到20个恒星量级的黑洞有异常精确的质量丈量,其他将近上亿个的黑洞,如今并没有探测到。

  (作者:苟利军,系中国迷信院国度地理台研究员)

打印 义务编辑:侯茜
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