科学家们更进一步,关于黑洞的第一张特写照片即将在周三公布!

文章作者:管理一号 | 2019-04-09
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霍金在终究一本作品《十问》中曾写道,“听说实际有时候比小说更古怪,黑洞最能实在地表现这一点,它比科幻作家愿望的任何东西都更古怪”。

 

黑洞开始只存在于牛顿万有引力定律和爱因斯坦广义相对论的公式和方程中,它太独特,以致于开始“预见”它的人都不信任黑洞真的存在。但黑洞的怪异、奥秘也让一代代科学家为之痴迷。直到2015年,初次探测到的引力波为黑洞的存在供给了详细依据。

当今,科学家们更进一步,关于黑洞的第一张特写相片即将在周三发布!在着急等候的这段时刻里,咱们把视野拉回,一同回忆人类寻找、探求黑洞的非凡之路。

初识黑洞

思想游戏中“荒谬”的“暗星”

人类发现黑洞的前史可以追溯到18世纪末。1783年,在万有引力定律提出一百年后,牛顿的“小校友”约翰·米歇尔初次提出,或许存在比太阳更大的恒星,其质量大到逃逸速度超越光速,光都被这种恒星的引力拽回去,无法逃脱。这位剑桥学监为幻想中可以“吸光”的大恒星起了姓名,将其形象地称作“暗星”。

 

1795年,法国科学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯在作品《国际体系》中表达了相似的观念,提出存在光都无法逃逸的天体,也即“暗星”概念。拉普拉斯依据牛顿引力理论核算出,假如物体的半径被压缩到满足小,它的逃逸速度将超越光速。

但十分风趣的是,拉普拉斯在此书的第三版和今后的版别中再也不提此事了,或许他自己都觉得这个主意过于荒谬,只能作为思想游戏,实际中并不存在。跟着拉普拉斯对此保持沉默,关于“荒谬暗星”的主意也被忽略了,一直到20世纪初。

预见黑洞

爱因斯坦方程的推理效果

1907年,德国哥廷根大学的数学教授闵可夫斯基初次提出严密的四维时空几许结构,将一直以来被认为是独立的时刻和空间以几许的方式结合到一同,为广义相对论的树立供给了结构。

 

1915年,常常翘闵可夫斯基课的爱因斯坦,在狭义相对论和四维时空几许基础上,提出实在“预见”黑洞的广义相对论。在科学院的讲演中,爱因斯坦叙述的观念推翻了此前人类的世界观:咱们休息在一个名为“时空”的四维实际里,它跟着物质能量的改变而发作着动摇。

爱因斯坦将他的独特创见会集展现在几个中心方程中,即爱因斯坦场方程。经过这些方程,可以直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中的某些区域发作极度的歪曲以致于连光都无法逸出。

测量黑洞

史瓦西的天才奉献

因为算法原因,爱因斯坦场方程在开始发布时只要近似解,爱因斯坦自己对此也力不从心。发布后只是过了20天,爱因斯坦便收到一封来自德军东线阵地的来信,一位名叫卡尔·史瓦西的炮兵中尉在炮火连天的一战前哨给出了这个方程的准确解,他在壕沟里处理了这项国际级物理难题。

卡尔·史瓦西

和爱因斯坦相同,卡尔·史瓦西出生在一个德国犹太家庭。少年史瓦西可谓“既仰视星空,又兢兢业业”,他很早便对地理学表现出极大的爱好,自己着手“攒”了台简易的地理望远镜,早早敞开了地理探究之旅。

尔后,史瓦西的天才逐步暴露:15岁独立宣布关于双星轨迹的论文;23岁获得博士学位;28岁任格廷根大学教授和该校地理台台长;40岁中选德国科学院院士,期间作品等身,奉献杰出。但是,就在史瓦西中选院士不久,第一次国际大战迸发了。史瓦西以41岁“高龄”加入了德国陆军,先后被派到德军西、东前哨战场担任炮兵中尉。在大片焦土下的壕沟里,史瓦西迎来了他学术生计的又一巅峰。

爱因斯坦

他在写给爱因斯坦的信中写道:“如您所见,除了炮弹和重机枪的轰鸣声搅扰我的思绪,战役现已很善待我了,让我脱节尘俗的全部,在思想范畴有如此的散步”。信中顺便的论文,正是史瓦西给出的爱因斯坦场方程的准确解,而此解的一个效果便是理论上存在黑洞。在随后寄出的第二篇论文中,前哨中尉又给出了关于星体内部时空曲折的准确核算。

 

在两篇带着硝烟滋味的论文中,史瓦西提出,离细密天体或大质量天体的中心某一间隔处,逃逸速度等于光速,即在此间隔以内的任何物质和辐射都不能溢出。后人将此间隔称为史瓦西半径,并把上述天体周围史瓦西半径处的幻想中的球面叫作视界。

尽管离黑洞又进一大步,但无论是爱因斯坦仍是史瓦西,他们都不信任黑洞实在存在。严酷的战役终究没有善待史瓦西,也没给他千亿国际时刻去了解自己的发现,在俄国冰冷的德军壕沟中,史瓦西患上了一种免疫性皮肤病,在论文发布短短4个月后便英才早逝。

现代黑洞

从原子弹之父到发现引力波

1939年9月1日,纳粹德国戎行侵略波兰,第二次国际大战迸发。就在同一天,美国物理学家罗伯特·奥本海默宣布了第一篇关于黑洞的学术论文,这篇“继续引力缩短”成为探究黑洞前史上的又一要害点。

罗伯特·奥本海默

奥本海默在论文中猜测,恒星在其自身引力场的影响下会继续缩短,然后构成一个具有激烈吸引力的物体,甚至连光都不会从中逃脱,这是现代黑洞概念的第一个版别。

跟着战役晋级,许多科学家都把方向搬运到了原子核物理学。引力坍缩的问题被抛到无影无踪,奥本海默也成为曼哈顿方案的负责人。到战役结束时,对世界的研讨从头燃起。从前被轻视的广义相对论从头复兴,这对承受和了解黑洞至关重要。

随后,普林斯顿大学成为新一代研讨相对论的中心。正是在那里,核物理学家约翰·惠勒于1967年提出了“黑洞”这个姓名。黑洞的称号自此敏捷流行起来,它标志了漆黑和奥秘。从那时起,关于黑洞千亿国际的新特点和类型纷繁被发现,直到2015年到达高峰:初次探测到黑洞二元体系中发生的引力波,为黑洞的存在供给了第一个详细依据。

 

黑洞之所以独特,一个重要的点便是咱们看不到它,它长久以来存在于数学家的方程解和物理学家的幻想中。科学之所以美好,一个重要的点便是即使咱们看不到它,但人类的才智可以让咱们在百年前预见它、测量它,直到地理学家即将为咱们出现黑洞相片,眼见为实地验证这一跨世纪的太空“预言”。

1913年,史瓦西中选德国科学院院士时曾说道,“数学、物理学、化学、地理学是同向前行的,无所谓谁落在后面,也无所谓谁在前头并施以援手。而地理学,与这个准确科学组成的圈子,有着最严密的相关……数学、物理学、地理学构成了一个‘常识’,只能作为一个完美的全体而被了解。”当今,关于黑洞的最新效果无疑让自然科学各学科更严密地连在一同,让咱们感受到科学自身的力气。

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