黑洞形成的條件
霍金證明,每個(gè)黑洞都有一定的溫度,而且溫度的高低與黑洞的質(zhì)量成反比例。那么黑洞是怎么形成的呢?學(xué)習(xí)啦小編在此整理了黑洞形成的條件,供大家參閱,希望大家在閱讀過程中有所收獲!
黑洞形成的條件介紹
黑洞就是中心的一個(gè)密度無限大、時(shí)空曲率無限高、體積無限小的奇點(diǎn)和周圍一部分空空如也的天區(qū),這個(gè)天區(qū)范圍之內(nèi)不可見。黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程;某一個(gè)恒星在準(zhǔn)備滅亡,核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過程立即停止,被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星體,同時(shí)也壓縮了內(nèi)部的空間和時(shí)間。但在黑洞情況下,由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進(jìn)行下去,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的力量,使得任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去。黑洞開始吞噬恒星的外殼,但黑洞并不能吞噬如此多的物質(zhì),黑洞會(huì)釋放一部分物質(zhì),射出兩道純能量——γ射線。
也可以簡(jiǎn)單理解:通常恒星的最初只含氫元素,恒星內(nèi)部的氫原子時(shí)刻相互碰撞,發(fā)生聚變。
由于恒星質(zhì)量很大,聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬有引力抗衡,以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于聚變,氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)最終發(fā)生改變,破裂并組成新的元素——氦元素,接著,氦原子也參與聚變,改變結(jié)構(gòu),生成鋰元素。如此類推,按照元素周期表的順序,會(huì)依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成,直至鐵元素生成,該恒星便會(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定,參與聚變時(shí)不釋放能量,而鐵元素存在于恒星內(nèi)部,導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬有引力抗衡,從而引發(fā)恒星坍塌,最終形成黑洞。說它“黑”,是因?yàn)樗拿芏葻o窮大,從而產(chǎn)生的引力使得它周圍的光都無法逃逸。跟中子星一樣,黑洞也是由質(zhì)量大于太陽質(zhì)量好幾倍以上的恒星演化而來的。
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(氫),由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質(zhì)不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍,直到最后形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。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),質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲就使得即使光也無法向外射出——“黑洞”就誕生了。
黑洞的毀滅
黑洞會(huì)發(fā)出耀眼的光芒,體積會(huì)縮小,甚至?xí)ā.?dāng)英國物理學(xué)家史蒂芬·霍金于1974年做此預(yù)言時(shí),整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)。
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,他發(fā)現(xiàn)黑洞周圍的引力場(chǎng)釋放出能量,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、任何地點(diǎn)被創(chuàng)生,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、一個(gè)粒子被吸入黑洞。“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,而正粒子會(huì)逃逸,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,正粒子攜帶正能量,而反粒子的所有運(yùn)動(dòng)過程可以視為是一個(gè)正粒子的為之相反的運(yùn)動(dòng)過程,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。這一情況就是一個(gè)攜帶著從黑洞里來的正能量的粒子逃逸了,即黑洞的總能量少了,而愛因斯坦的公式E=mc^2表明,能量的損失會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的損失。
當(dāng)黑洞的質(zhì)量越來越小時(shí),它的溫度會(huì)越來越高。這樣,當(dāng)黑洞損失質(zhì)量時(shí),它的溫度和發(fā)射率增加,因而它的質(zhì)量損失得更快。這種“霍金輻射”對(duì)大多數(shù)黑洞來說可以忽略不計(jì),因?yàn)榇蠛诙摧椛涞谋容^慢,而小黑洞則以極高的速度輻射能量,直到黑洞的爆炸。