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也闲聊黑洞 
送交者: 雪山飞鸟 2006年02月08日15:14:14 于 [跨国婚姻] 发送悄悄话


看到苍茫大地贴的“黑洞五大误传”,一时高兴想写几句同大家一起玩。后来无意中看到阿唐写的“地球的昨天、今天和明天”,都想放弃写了。想想已经说出口了,还是糊编几句吧。

申明一下,我只是喜欢看那些星系的图片,有时顺便读点科普文章。不是真懂。有些专业词的翻译很可能是错的。千万别把我说的当真。只是玩儿。也请班长不要把它上导读。

先简单说一下什么是黑洞。黑洞是个常被人提起的似懂非懂的神秘话题。有时让人听起来有点胆战心惊。最初,黑洞是由爱因斯坦的广义相对论推理而得。后来慢慢被一些物理现象所证实,也可以说是一些现象只能用广义相对论来解释。这里简单描述一下质量黑洞。质量黑洞就想一个硕大的球一样,在中间有个极高密度的巨大质量的物质。英文叫做Singularity。我们知道要逃脱星球的吸引力是要有一定的速度的(逃逸速度)。地球上物体的逃逸速度是11.2km/s。光可以自由来去:)。而在黑洞里光都无法逃脱。所以对于外界观察员来说,无法看见黑洞里面的情况。因为没有光能从那黑洞里逃出,也就没有看到黑洞一说。

那么想象中的黑洞里面应该是什么样子呢?我们知道黑洞是基于光在强大的重物体吸引下要弯曲(广义相对论里一个重要的推论)而推断出来的。也许我们可以这样想象,在那黑洞里,并不是所有的光都被中间的Singularity吸引住而成为它的一部分。还是可能有光在里面串来窜去的。就象在地球上还是有云在天上飘,灰尘在浮动一样。不过这些光不管朝哪个方向,都要被Singularity吸引着而偏离方向。也就是说黑洞里光会拐弯,会改变波长。并且光之间还会有碰撞干涉。也许,我们在这里根本就应该用光的粒子性而不是波动性来想象黑洞里的现象。也就是说,光在黑洞里是光子(phonto)。其受到Singularity的吸引和其它光子的碰撞而改变能量(在波动光学中就显出频率的变化)。

就是假设你能站在黑洞里,手里还能拿着根棍子,并且还能用光的波动学来解释里面光现象。你也不可能看到这根棍子有个固定的形状,有固定的颜色。因为从那棍子上反射回来的光会与别的光碰撞,会受到Singularity的吸引力而改变能量,改变方向。每个时刻你看到的棍子都可能不一样。

现在来看下面这张图。它能说明光在通过巨大物体周围时会改变方向而弯曲。





在这张图里,中间的Cluster形成了gravity lens。橙色、蓝色和红色的弧形就是gravity lens后面的星系的成象。也就是说,巨大的重物体可以让光改变方向。



再看这张图。





那黄颜色的是我们银河系里的Companion Star GRO J1655-40。那蓝色的中间就是黑洞。Star GRO是在星体爆炸中存活下来的。以2.6天一圈的速度围绕黑洞旋转,并逐步被黑洞吞噬。奇怪的是不知道是为什么那黑洞中间会有一条蓝色的光带穿过。

我有次在看这张图时想,也许那黑洞并不是那么的黑,也没有那么大。我们知道光会带有不同的能量。能量越高,频率越高,波长越短。所以这张由红外线摄下而制成的图可能没有测到那些高频率的光,尽管从那里出来的光会有红外移动。

下面是另外一个依据测量出来的旋转速度证明massive黑洞存在的图。它是一个活动星系(Active Galaxy)的中心。




现在就黑洞误传里讲的胡说一点我的看法。

在误传三里说黑洞的密度随着黑洞的增大而减小。我觉得这里是将史瓦西半径当成Singularity的半径来计算的。史瓦西半径应该是光不能逃脱Singularity的半径而不是Singularity自己的半径。再一个当密度增加到一定程度时,我们一般计算密度的方法不应该再实用。记得我在什么地方读过,黑洞物体的密度大慨是把地球压缩成乒乓球大小。试想,在这种情况下,物质怎么还可能是我们平时所想象的物质。我觉得英文用Singularity(抱歉,我不知道中文的准确翻译)来描述这物体非常形象。所以我觉得说黑洞密度无穷大或者比水小都不合适。

误传五里也应该涉及到测量系统问题。我们平时测量速度的方法是基于被测物件速度远小与光的速度而假设光的传播时间为0。当物体的速度接近光速时,这个假设就不再成立。所以当你的朋友头向前的冲向并接近黑洞时,他可能被拉长了好多倍,而你可能已分不清他的头和脚。

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