黑洞也是時空彎曲當(dāng)中的一種“極端”的情形,它也是愛因斯坦方程中的一種解。那黑洞到底是什么呢?相信大家在日常生活當(dāng)中也常聽到這個名詞,黑洞其實就是一種連光也逃不出去的天體,所以如果我們看黑洞的話,它應(yīng)該看起來像一個黑色的球體。另外,從結(jié)構(gòu)的角度而言,黑洞是宇宙當(dāng)中最簡單的一種天體。只有幾個詞,比如視界面、奇點、史瓦西半徑,就可以定義它。這是從偏向于學(xué)術(shù)的角度去定義黑洞,那在生活當(dāng)中,大家怎么去理解黑洞呢?
我給大家看兩張圖,相信大家對這個非常熟悉。這是貔貅,大家之所以在日常生活當(dāng)中把貔貅當(dāng)做一種瑞獸,是因為什么呢?因為它最大的特點——招財進(jìn)寶。而它之所以能夠成為招財進(jìn)寶的瑞獸,是因為它只進(jìn)不出,這一點和黑洞非常類似。黑洞中隱匿著巨大的引力場,這種引力大到任何東西,甚至連光都難以逃脫黑洞的影響。如果你在那百度上搜索“黑洞”,可以看到這個搜索結(jié)果都被吸到一個黑色的點里面去了,這是說明了黑洞的第二個特點:一個物體,或者說任何靠近黑洞的物體都會被黑洞撕碎,然后吸進(jìn)去,一旦吸進(jìn)去就逃不出來了。
如果我們通過這兩個特點去理解黑洞的話,它具有什么樣的效應(yīng)呢?越靠近黑洞,空間彎曲就越大,時間的流逝就越慢。這非常抽象,很難簡單地從語言上理解。但是如果大家看過2014年的電影《星際穿越》,會有相對深刻的理解。在電影當(dāng)中,主人公Cooper離開地球的時候,他的女兒也就七八歲。但是他回來的時候,主人公的年紀(jì)感覺沒有發(fā)生太大的變化,他的女兒卻已經(jīng)是一個80多歲的躺在病床上奄奄一息的老人了。我們可以感受到這之間的時間是不太一樣的,尤其是在電影當(dāng)中還提到了有一點,主人公Cooper和Amelia跑到了一個非常靠近黑洞的星球,叫做Miller星球,他們在那個星球上只待了三個小時,他們感覺沒有浪費任何一點時間,但是當(dāng)他們回到母艦上的時候,母艦上的宇航員告訴他們已經(jīng)過去20多年了。所以,在Miller星球上的三個小時,竟然等于母艦上或者地球上的20多年,時間被拉伸了六萬倍。這就是說,在黑洞周圍,因為時間被拉伸的效應(yīng)非常嚴(yán)重,所以就可能導(dǎo)致這樣的現(xiàn)象。
另外,中國神話當(dāng)中常說“天上一日,地上一年”,但是從來沒有人去解釋這是為什么。這很有可能也是因為引力效應(yīng)的不同。如果問大家,既然天上一日是地上一年,那從引力的效應(yīng)而言,神仙居住的環(huán)境是引力更強還是更弱?引力強的地方,往往代表了時空彎曲更大,所以神仙如果是居住在某個環(huán)境中,那應(yīng)該是居住在引力比較強的地方。
其實在我們?nèi)粘I町?dāng)中,有一些效應(yīng)往往被忽略掉了。我們現(xiàn)在人人都有手機,去某些地方需要導(dǎo)航,導(dǎo)航利用的信號是來自導(dǎo)航衛(wèi)星。衛(wèi)星上的時間和我們地球上的時間,大家可以想象一下,因為所處的高度、距離、位置不同,時間也肯定會有差別。在地球表面或地球附近,空間彎曲應(yīng)該稍微大一些。相比較之下,我們時間的流逝要比衛(wèi)星上的時間流逝得慢一點。這樣的話,就有一個時間差。我們在利用導(dǎo)航的時候,最終必須要考慮到這個因素。因為盡管這個時間差非常小,但是光速是30萬公里/秒,如果不糾正這個時間差,導(dǎo)航估計就會把我們引向一個完全不知道的地方。這是現(xiàn)在導(dǎo)航系統(tǒng)必須要考慮的一個效應(yīng)。
如果從高維時空去看,黑洞應(yīng)該是什么樣子的?非常像一個漏斗狀的物體。在科幻電影或者理論當(dāng)中有非常多對于黑洞的描述。人類發(fā)現(xiàn)的第一個黑洞是在天鵝座,當(dāng)時在X射線波段,而且是第一個被發(fā)現(xiàn)的,所以我們是稱之為天鵝座X-1。這個黑洞系統(tǒng)是在20世紀(jì)60年代被發(fā)現(xiàn)的,發(fā)現(xiàn)以后,地球上非常著名的物理學(xué)家或者說最聰明的兩個物理學(xué)家就為此就爭論,其中,霍金盡管做了非常多有關(guān)黑洞方面的工作,但他認(rèn)為這個系統(tǒng)當(dāng)中不存在黑洞。但是基普·S·索恩認(rèn)為這是黑洞,所以兩個人就為此打賭,并且寫下了一個賭約,以1年的雜志作為賭注。
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