大家好丢郊，我是地球?qū)殞毲锩Γ裉煳襾?lái)給大家當(dāng)小導(dǎo)游剂癌，帶領(lǐng)大家去游玩那神秘又危險(xiǎn)的大黑洞，聽(tīng)著是不是就很刺激呢翰绊？快讓我們開(kāi)始吧！
旅行須知：
1.請(qǐng)各位乘客系好安全帶旁壮，開(kāi)啟飛船的反引力模式监嗜，由于黑洞的引力較大，本次黑洞旅行將會(huì)盡可能的給各位乘客最舒適的體驗(yàn)抡谐，進(jìn)入黑洞時(shí)可能會(huì)有很強(qiáng)烈的顛簸感裁奇。不過(guò)大家無(wú)需驚慌，飛船使用的是高強(qiáng)度復(fù)合金屬麦撵，再加上磁場(chǎng)強(qiáng)化刽肠，已經(jīng)是堅(jiān)不可摧了。
2.穿越黑洞就意味著我們要穿越時(shí)空免胃，在我們看來(lái)是“一日游”但在別人看來(lái)音五，我們已經(jīng)進(jìn)入黑洞1000000天甚至更多天了，因?yàn)楹诙粗車(chē)臅r(shí)空高度扭曲羔沙，時(shí)空曲率很高躺涝，它的背后，就是一個(gè)蟲(chóng)洞扼雏。不過(guò)請(qǐng)各位放心坚嗜，你們一定能活著回來(lái)見(jiàn)到你們的家人，他們都已進(jìn)入冬眠倉(cāng)冬眠了诗充。
3.由于黑洞吸積盤(pán)光度很高苍蔬，所以請(qǐng)大家?guī)Ш米o(hù)目鏡，欣賞黑洞的風(fēng)光吧蝴蜓！
黑洞風(fēng)光
接下來(lái)碟绑，請(qǐng)各位旅客認(rèn)真閱讀關(guān)于黑洞的知識(shí)，以便對(duì)這次旅行有更深刻的體驗(yàn)：
黑洞由中心的一個(gè)由黎曼曲率張量出發(fā)構(gòu)建的標(biāo)量多項(xiàng)式在趨向此處發(fā)散的奇點(diǎn)和周?chē)臅r(shí)空組成，其邊界為只進(jìn)不出的單向膜：事件視界蜈敢，事件視界的范圍之內(nèi)不可見(jiàn)辜荠。依據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，當(dāng)一顆垂死恒星崩潰抓狭，它將向中心塌縮伯病，這里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區(qū)域的所有光線和任何物質(zhì)否过。
黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類(lèi)似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程：某一個(gè)恒星在準(zhǔn)備滅亡午笛，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷苗桂，發(fā)生強(qiáng)力爆炸药磺。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過(guò)程立即停止，被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星體煤伟，同時(shí)也壓縮了內(nèi)部的空間和時(shí)間癌佩。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過(guò)程無(wú)休止地進(jìn)行下去便锨，連中子間的排斥力也無(wú)法阻擋围辙。中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來(lái)的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)放案。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的引力姚建，使得任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去。?[7]
也可以簡(jiǎn)單理解為：通常恒星最初只含氫元素吱殉，恒星內(nèi)部的氫原子核時(shí)刻相互碰撞掸冤，發(fā)生聚變。由于恒星質(zhì)量很大友雳，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬(wàn)有引力抗衡稿湿，以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于氫原子核的聚變產(chǎn)生新的元素——氦元素沥阱，接著缎罢，氦原子也參與聚變，改變結(jié)構(gòu)考杉，生成鋰元素策精。如此類(lèi)推，按照元素周期表的順序崇棠，會(huì)依次有鈹元素咽袜、硼元素、碳元素枕稀、氮元素等生成询刹，直至鐵元素生成谜嫉，該恒星便會(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定凹联，參與聚變時(shí)釋放的能量小于所需能量沐兰，因而聚變停止，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部蔽挠，導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬(wàn)有引力抗衡住闯，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞澳淑。說(shuō)它“黑”比原，是因?yàn)樗a(chǎn)生的引力使得它周?chē)墓舛紵o(wú)法逃逸。跟中子星一樣杠巡，黑洞也是由質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量好幾十甚至幾百倍以上的恒星演化而來(lái)的量窘。
當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料氢拥，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了蚌铜。這樣，它再也沒(méi)有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量嫩海。所以在外殼的重壓之下厘线，核心開(kāi)始坍縮，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍出革，直到最后形成體積接近無(wú)限小、密度幾乎無(wú)限大的星體渡讼。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度（一定小于史瓦西半徑）骂束，質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲就使得即使光也無(wú)法向外射出——“黑洞”就誕生了。
吸積
黑洞拉伸成箫，撕裂并吞噬恒星
黑洞通常是因?yàn)樗鼈兙蹟n周?chē)臍怏w產(chǎn)生輻射而被發(fā)現(xiàn)的展箱，這一過(guò)程被稱(chēng)為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會(huì)嚴(yán)重影響吸積流的幾何與動(dòng)力學(xué)特性蹬昌。已觀測(cè)到了輻射效率較高的薄盤(pán)以及輻射效率較低的厚盤(pán)混驰。當(dāng)吸積氣體接近中央黑洞時(shí)，它們產(chǎn)生的輻射對(duì)黑洞的自轉(zhuǎn)以是中央延展物質(zhì)系統(tǒng)的流動(dòng)皂贩。吸積是天體物理中最普遍的過(guò)程之一栖榨，而且也正是因?yàn)槲e才形成了我們周?chē)S多常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。在宇宙早期明刷，當(dāng)氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢(shì)阱中心流動(dòng)時(shí)形成了星系婴栽。恒星是由氣體云在其自身引力作用下坍縮碎裂，進(jìn)而通過(guò)吸積周?chē)鷼怏w而形成的辈末。行星（包括地球）也是在新形成的恒星周?chē)ㄟ^(guò)氣體和巖石的聚集而形成的愚争。當(dāng)中央天體是一個(gè)黑洞時(shí)映皆，吸積就會(huì)展現(xiàn)出它最為壯觀的一面。黑洞除了吸積物質(zhì)之外轰枝，還通過(guò)霍金蒸發(fā)過(guò)程向外輻射粒子捅彻。
蒸發(fā)
由于黑洞的密度極大，根據(jù)公式我們可以知道密度=質(zhì)量/體積鞍陨，為了讓黑洞密度無(wú)限大步淹，而黑洞的質(zhì)量不變，那就說(shuō)明黑洞的體積要無(wú)限小湾戳，這樣才能成為黑洞贤旷。黑洞是由一些恒星“滅亡”后所形成的死星，它的質(zhì)量極大砾脑，體積極小幼驶。但黑洞也有滅亡的那天，按照霍金的理論韧衣，在量子物理中盅藻，有一種名為“隧道效應(yīng)”的現(xiàn)象，即一個(gè)粒子的場(chǎng)強(qiáng)分布雖然盡可能讓能量低的地方較強(qiáng)畅铭，但即使在能量相當(dāng)高的地方氏淑，場(chǎng)強(qiáng)仍會(huì)有分布，對(duì)于黑洞的邊界來(lái)說(shuō)硕噩，這就是一堵能量相當(dāng)高的勢(shì)壘假残，但是粒子仍有可能出去。
霍金還證明炉擅，每個(gè)黑洞都有一定的溫度辉懒，而且溫度的高低與黑洞的質(zhì)量成反比例。也就是說(shuō)谍失，大黑洞溫度低眶俩，蒸發(fā)也微弱；小黑洞的溫度高蒸發(fā)也強(qiáng)烈快鱼，類(lèi)似劇烈的爆發(fā)颠印。相當(dāng)于一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，大約要1x10^66年才能蒸發(fā)殆盡抹竹；相當(dāng)于一顆小行星質(zhì)量的黑洞會(huì)在1x10-21秒內(nèi)蒸發(fā)得干干凈凈线罕。?[1]
毀滅
黑洞會(huì)發(fā)出耀眼的光芒，體積會(huì)縮小窃判，甚至?xí)?a target="_blank">爆炸闻坚，會(huì)噴射物體，發(fā)出耀眼的光芒兢孝。當(dāng)英國(guó)物理學(xué)家斯蒂芬·威廉·霍金于1974年做此預(yù)言時(shí)窿凤，整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)仅偎。
恒星被黑洞吞噬
霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍，他結(jié)合了廣義相對(duì)論和量子理論雳殊，他發(fā)現(xiàn)黑洞周?chē)囊?chǎng)釋放出能量橘沥，同時(shí)消耗黑洞的能量和質(zhì)量。
假設(shè)一對(duì)粒子會(huì)在任何時(shí)刻夯秃、任何地點(diǎn)被創(chuàng)生座咆，被創(chuàng)生的粒子就是正粒子與反粒子，而如果這一創(chuàng)生過(guò)程發(fā)生在黑洞附近的話就會(huì)有兩種情況發(fā)生：兩粒子湮滅仓洼、一個(gè)粒子被吸入黑洞介陶。“一個(gè)粒子被吸入黑洞”這一情況：在黑洞附近創(chuàng)生的一對(duì)粒子其中一個(gè)反粒子會(huì)被吸入黑洞色建，而正粒子會(huì)逃逸哺呜，由于能量不能憑空創(chuàng)生，我們?cè)O(shè)反粒子攜帶負(fù)能量箕戳，正粒子攜帶正能量某残，而反粒子的所有運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以視為是一個(gè)正粒子的為之相反的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，如一個(gè)反粒子被吸入黑洞可視為一個(gè)正粒子從黑洞逃逸陵吸。這一情況就是一個(gè)攜帶著從黑洞里來(lái)的正能量的粒子逃逸了玻墅，即黑洞的總能量少了，而愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2表明壮虫，能量的損失會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的損失澳厢。
當(dāng)黑洞的質(zhì)量越來(lái)越小時(shí)，它的溫度會(huì)越來(lái)越高囚似。這樣赏酥，當(dāng)黑洞損失質(zhì)量時(shí)，它的溫度和發(fā)射率增加谆构，因而它的質(zhì)量損失得更快。這種“霍金輻射”對(duì)大多數(shù)黑洞來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)框都，因?yàn)榇?a target="_blank">黑洞輻射的比較慢搬素，而小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到黑洞的爆炸魏保。
好啦熬尺，讓我們飛向黑洞吧！
