 日志正文
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黑 洞 · 原 初 黑 洞
黑 洞 黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的一种特殊天体。但1783年，英国天文学家约翰·米切尔在研究逃逸速度问题时最早提出这一概念，当时他称之为“黑星”，并预言可以在双星系统中发现。1798年，法国科学家拉普拉斯就预言：“在宇宙中最明亮的天体，可能是完全看不见的。”并且进一步指出，它的引力大到足以吸收一切物质，其表面逃逸速度超过光速。 “黑洞”一词的出现在1968年，美国理论物理学家惠勒首先创造了这一名词，以替代“引力坍缩物体”，因为后者范畴过宽，不适宜表现这种特殊的天体。 恒星依靠高温引发的膨胀力和自身收缩的引力来保持平衡。恒星演化末期，热核反应终止，平衡被打破。在引力作用下，星体迅速坍缩。 理论表明，质量小于1.44太阳质量的恒星（当然包括我们的太阳）将成为直径几千千米的白矮星； 1.44～3太阳质量的恒星，引力大于电子间斥力，电子与质子结合为中子，形成直径10～20千米的中子星； 大于3太阳质量的恒星，更大的引力破坏了中子结构，则形成体积极小、而引力极大的天体。极大的引力足以使时空完全弯曲，以至于俘获靠近它的任何东西,即使光线也不能逃逸，这就是黑洞。 黑洞有一个封闭的叫做“视界”的边界，视界内的一切都逃不出黑洞的魔口，因而没有一点儿辐射。看不到光线，意味着黑洞无法直接观察到。但是引力存在，所以在互绕的双星系统中，亮星的物质被吸进黑洞，进入“视界”之前，被撕裂的碎片产生10亿K高温，放出强烈的X射线。如，已知宇宙中最强的X射线源——天鹅座X—1，就是X射线双星，其伴星是一个10～15个太阳质量的黑洞。 黑洞分为三类：一类是大爆炸初期形成的原初黑洞，又称为小黑洞、微黑洞；（另文专述）一类是上述的恒星级黑洞；还有一类是存在于星系中心和球状星团中心，因碰撞等原因形成的大质量天体，后又坍缩并物质聚集，再形成1，000，000～1，000，000，000太阳质量的巨大黑洞。观察表明，室女座M87核心，可能有1，000，000，000太阳质量的超巨黑洞。 根据理论推算，如果太阳成为黑洞，其引力半径为2.96千米，平均密度1.83×10（25次方）千克/立方厘米；如果地球成为黑洞，其半径为0.89厘米，平均密度为2.03×10（36次方）千克/立方厘米； 宇宙大爆炸初期，质量为1，000，000，000，000（10的12次方）太阳质量的微黑洞，直径为3×10（负9次方）厘米，这大约相当于一个电子的半径，平均密度高达8.8×10（51次方）千克/立方厘米。 但是大质量的天体系统某些性质则相反。如果银河系成为黑洞，其直径约为0.03光年，平均密度却稀薄到2×10（负8次方）千克/立方厘米。这是因为银河系不是一个单个的天体，其蓬松程度，即数千亿颗恒星之间的空旷、广漠是人们难以想象的。
原初黑洞 20世纪70年代，英国著名物理学家霍金提出了原初黑洞的概念：在宇宙开始膨胀的大爆炸中，不可思议的巨大爆炸力可以将一定数量的物质挤压得极其致密，从而形成黑洞。这种黑洞质量只有10（负5次方）克，即10万分之一克，其半径10（负33次方）厘米；典型的原初黑洞质量10亿吨，半径10（负13次方）厘米，也就是说像小行星或者一个山头那么重，却只有一个中子那么大，故称之为小黑洞、微黑洞。 原初黑洞有极强的辐射，温度高达1200亿K。它们一诞生就因辐射而消失；但如果数量足够多的话，也可能合并成较大的黑洞并且残存至今。霍金认为，原初黑洞只能产生于大爆炸初期，因为现代宇宙中，没有那么足够能量集中的情况。 英国科学家麦克吉朋和卡尔经过多年理论研究，于1991年提出，来自小黑洞的辐射最初是以夸克、胶子和轻子的形式出现的。辐射被自然地转变为电子、正电子、由胶子将夸克“粘合”在一起的质子与γ射线。 此前一年的1990年，苏联科学家特罗菲曼科则认为，大爆炸期间产生许许多多直径小于1毫米的小黑洞，它们至今仍然存在于从星系、恒星到行星、小行星各层次天体的内部。还说到在地球内部也会有一些，这些小黑洞在地壳下1.5千米处，会使得周围区域升温，导致地区性火山活动。他甚至认为地心并非致密而富铁元素，地核中也有小黑洞。 1995年，美国康奈尔大学的格林教授等研究认为，大爆炸后形成的小黑洞能转变为基本粒子，在超弦学说的基础上，证明了小黑洞和基本粒子在亚原子水平上是同一事物的两种不同的描述。 当然也有不少科学家坚决反对宇宙大爆炸的说法，否定宇宙间存在黑洞以及原初黑洞。就后者而言，根据大爆炸理论，包括星系连同其他所有的恒星和行星等都产生于一个所谓的奇点。这个奇点集中了所有宇宙最原始的物质，是无论如何都让人们难以理解和接受的。认为大爆炸理论最大的缺陷就是无法回答大爆炸之前这一奇点来源于何方？ 大爆炸理论存在了100多年了。反对者认为，这一理论的发展将把人们对宇宙诞生和灭亡的认识不可避免地引向神创说。教皇约安.帕维尔二世早就在其书信中称，当代的宇宙论与《圣经》中的论述不谋而合。
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最后修改于 2020-08-14 01:48
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