在一些人脑筋中,认为黑洞很“黑”,是以看不见;暗物质很“暗”,也是看不见。既然这样,它们不就是一回事了?看不见似乎当作了暗物质和黑洞的一个配合特点。
这是一个常见的熟悉误区。其实黑洞和暗物质是完全分歧性质的两个事物,它们从来历、生当作前提、表示体例、感化机制都是纷歧样的。下面我们就一路来会商和熟悉一下这两个事物。
先说说黑洞形当作的前提。
黑洞是庞大质量的天体,在自身极端的引力压力下,物质无法支撑可见的存在形态,被压缩当作比根基粒子还小,最后当作为无形质量,并无限坍缩到焦点那个无限小奇点上。奇点具有“四个无限”性质,即体积无限小、密度无限大、温度无限高、曲率无限大。
黑洞的解是闻名的物理学家、天文学家卡尔·史瓦西在1916年发现的,他在爱因斯坦刚颁发的广义相对论场论根本上,获得了一个重力场的切确解,即任何具有质量的物体,都有本身的史瓦西半径,这是一个球状对称空间。
史瓦西半径的计较公式为:R=2MG/c^2。R就是史瓦西半径,M为物体质量,G为引力常量,c为光速。这个公式的寄义是,不管这个物体有多大,一旦被庞大力量压缩到本身质量的史瓦西半径以内,就会当作为一个黑洞,中间是具有“四个无限”特点的奇点,奇点四周会形当作一个以史瓦西半径为界的球形空间,这个空间有无限曲率,任何物质进入这个规模城市被吃失落,消弭于无形的奇点里,光也无法逃逸。
这个球形的史瓦西半径有多大呢?太阳质量为1.9891*10^30kg,按照公式计较其史瓦西半径约3000m(米);地球质量为5.965*10^24kg,史瓦西半径只有约9mm(毫米)。就是太阳这个半径约70万km的球,若是被压缩到只有3km半径这么大,地球这个半径6371km的球,压缩到半径9mm这么大,就会当作为一个黑洞。
质量再小的原子、质子、中子、电子,都有史瓦西半径,理论上,把它们压缩进本身的史瓦西半径里,城市酿成一个微型黑洞。但今朝人类发现的黑洞,都是在天然前提下形当作的,并且都是大质量天体形当作的,最小质量的黑洞约为太阳质量的3倍。
既然黑洞是“黑的”,为啥还能发现呢?
黑洞的“黑”不是我们凡是认为那种“伸手不见五指”的黑,而是完全“没有”的黑,就像不存在一样,因为光都被它“吃了”。既然如斯,为什么还可以或许被科学家发现呢?这是因为黑洞固然隐形了,但其自身“气场”太大了,实体隐形了,但“气场”隐不了。
这个“气场”就是黑洞的电荷、质量、角动量。按照爱因斯坦场论,质量会导致时空弯曲,也就是形当作引力,黑洞不见了,但它庞大的引力依然存在于宇宙空间,因为黑洞体积很小,接近黑洞的天体或任何物质,城市被其壮大的引力所捕捉,垂垂吃失落。
这样就会在黑洞四周形当作一个吸积盘,所有天体物质都被黑洞的角动量带着扭转,越接近的物质扭转就越快,在黑洞史瓦西半径的交壤处,扭转速度甚至接近光速。物质在这种极速的碰撞中,迸发出庞大的能量,发出刺眼的光线,不单发出可见光,还会迸发出能量射线,如紫外线、X射线、γ射线等,这些可见光和不成见光城市被千里镜和响应的科学仪器所捕获,是以黑洞就现形了。
黑洞庞大引力的存在,还会对周边的天体造当作扰动,经由过程不雅测周边天体奇异的运行轨迹,即便没有吸积盘的黑洞,也会被发现。如距离我们只有1000光年的HR 6819三星系统(上图),就是经由过程两颗运行轨迹奇异的恒星发现的。这两颗恒星环绕着一个看不见空间绕着圈子,颠末持久不雅测计较,科学家最终得出结论,中心是一颗具有4倍太阳质量的黑洞牵扯着这“两兄弟”。
再来说说暗物质。
最早提出暗物质可能存在的是荷兰物理学家雅各布斯·卡普坦。科学家们经由过程大量的天文不雅测,发现大标准天体活动似乎是违反了牛顿万有引力定律,好比星系团的星系质量总和,发生的引力底子无法束厄局促这些星系形当作一个这样的星系团,按照万有引力定律,这些星系将会四分五裂一盘散沙。
是什么力量让这些星系维持着一个有序的抱团状况呢?是牛顿错了呢,仍是这个宿世界还存在看不见没发现的工具?颠末大量的不雅测研究,科学家们倾标的目的于牛顿没错,仍是有些工具没被发现,或者说无法不雅测,人们就把这种不雅测不到的物质定名为“暗物质”。
颠末测算,这种暗物质占宇宙全数物质总量的85%,也就是说,我们宇宙中可以看见的物质只占5%,看不见的物质占85%。只有这样,才可以或许合适牛顿万有引力定律。此刻,科学界切确计较出宇宙总质能包罗68.3%的暗能量,26.8%的暗物质,4.9%的可见物质。
经由过程对宇宙各个偏向的星系团不雅测计较表白,只要将暗能量比例代入计较,牛顿的万有引力定律又回来了,精确了。由此可以认为,牛顿没有错。在这广袤的宇宙空间,的简直确存在着一种神秘物质,不单不被我们的视网膜所感知,对迄今为止的任何射电射线千里镜和科学仪器都不感知。
暗物质存在的间接证据。
既然人类今朝无法经由过程任何仪器找到“暗物质”,有哪些证据证实暗物质存在呢?
暗物质最本家儿要的感化,仍是质量和引力。在我们看不见的空间,处处都存在着暗物质,这些暗物质具有质量,而引力是质量的根基属性,凡有质量的工具都具有引力,是以暗物质的引力无处不在。恰是暗物质感化,才使各类天体可以或许形当作,而且可以或许堆积当作团,乃至形当作整个宇宙大标准布局。可以说没有暗物质,就没有今天的宇宙,也没有您我的存在。
因为暗物质不介入电磁彼此感化,并且与光子彼此感化也很是微弱,是以暗物质不发光,我们无法看到;暗物质也不介入强彼此感化,不然宇宙最起头核子的合当作就会受到扰动,此刻的宇宙元素构成就不会是这个样子了。
很可能在宇宙大爆发不久,暗物质就存在了,100多亿年来一向影响着宇宙的形当作和演化,是以暗物质存在是不变的。经由过程计较机建模模拟,暗物质的活动速度远远低于光速,不然宇宙无法在引力感化下形当作现在的大标准布局,是以暗物质又被称为“冷暗物质”。
这些暗物质存在的证据,都是间接得出的,至今人们并没有不雅测到暗物质到底是什么样子,有多大和什么样的布局。
暗物质的蛛丝马迹。
曾经有人认为中微子是暗物质,事实上中微子也有诸多性质和暗物质差不多,好比,都无法被直接不雅测到。但中微子有两点与“冷暗物质”分歧,其一就是其以接近光速运行,是以被称为“热暗物质”;其二,中微子整体质量远远不足以支撑整个宇宙的引力,只占宇宙总量的约0.0034%。
此刻,人们在千米深的地底下建造了良多举措措施,也发射了很多探测器和卫星,还在大型对撞机里面做了良多尝试,经由过程这种立体体例布下天罗地网,诡计找到暗物质的蛛丝马迹,但迄今为止还几乎没找到一例直接证据,这个“鬼魂”到底啥模样,可否揭开仍是个未知数。
此刻,我们可以看看黑洞和暗物质有哪些分歧。
首先,它们存在的形式是纷歧样的。黑洞一般是局部存在的形式,是单个的天体,影响规模只是一个区域;暗物质是满盈性存在的,遍布宇宙每一个角落,影响规模是大标准天体布局,在单个天系统统无法测量其存在。
其次,它们的隐身方式是纷歧样的。黑洞只是埋没在某一个角落,但袒护不住本身的“气场”,对四周天体物质会发生可不雅测的影响,甚至轰轰烈烈的吞噬,是以较轻易被发现;暗物质的影响是大标准难以确定规模的,并且是铺天盖地润物细无声的渗入,小标准上可以忽略不计,但在整个宇宙,所有可见物质都无法逃走其节制。
是以,这两种存在,一个是微不雅,一个是宏不雅。固然都可以间接不雅测,但对黑洞的不雅测是可以形象看得见的不雅测,而对暗物质是只可领悟,不成言传,本家儿如果经由过程数理建模,逻辑运算得出的成果。
经由过程这个阐发,大师应该大白了黑洞和暗物质的区别吧,不会再认为黑洞就是暗物质了吧?如可以或许为您解惑,是时空通信莫大的侥幸。如喜好就给个存眷和点赞吧,感谢阅读,接待会商。







