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郝景芳:黑洞和鬼魂的N个类似点

作者:admin 发布时间:2019-05-10 19:52:09 浏览次数:279
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前些天网络上发布了一张黑洞的相片,引起一片颤动。其时我在法国,没来得及写一写,现在热门曩昔,也正好能够耐性下来,让我掰开揉碎细细道来。

这张相片终究有什么奇特的当地呢?黑洞终究是什么呢?今日我给咱们做一个魂灵画手版解说。

简略说一点我的布景:我本科和研讨生做的毕业设计内容都是关于黑洞观测。我其时宣布的论文是在Astrophysics Journal上面,企图为一个黑洞树立喷流几许模型,做过有关黑洞的X射线和射电波观测。

今日的文章是期望能让外行人也能简略了解黑洞,所以写得简略易懂。文章终究,我还会用我另一个身份,樱桃舰长,给孩子讲一下这个问题。前面部分没耐性看的,能够直接拉到终究,跟小朋友一同看最简版。

我这次大致讲这么几个问题:

-黑洞是什么?

-黑洞为什么看不见?

-看不见的黑洞怎样照相?

-这次的黑洞相片有什么不同寻常?

咱们就从这次发布的相片谈起。

这一次的相片为什么引起这么大的颤动呢?

由于它照出了“鬼魂的姿态”。

黑洞是什么?

黑洞是什么呢?简略点说,黑洞是科学家的一个幻想。

黑洞并不是某种咱们清晰看到的东西,就像一座山,咱们看到了,说“山”。恰恰相反,黑洞是看不到的,人们仅仅幻想出它的存在。

为什么会这样呢?

原因是,国际里有一些极点的状况,假如不幻想出黑洞,是解说不出来的。就像村子里呈现灵异现象,假如不幻想出鬼魂,就解说不出来相同。

那么科学家会不会也像大仙相同,归于装神弄鬼的自hig郝景芳:黑洞和鬼魂的N个类似点h呢?

想要跟从科学家的脚步,抽丝剥茧自证洁白,就得先了解一下布景信息:村子里呈现了什么灵异现象,为什么非要幻想出“鬼魂”来解说呢?

疑难杂症一:恒星死掉之后去哪儿了?

就像无法解说村子里的人死掉之后去哪儿了,所以想出鬼魂,科学家们也无法解说一些恒星身后去哪儿了,所以幻郝景芳:黑洞和鬼魂的N个类似点想说这些恒星身后成为了黑洞。

那么恒星逝世之后终究会怎样样呢?

全部的恒星都会逝世,恒星的逝世一般会十分剧烈,爆宣布极为激烈的绚烂焰火。中等个头巨细的恒星会阅历超新星迸发,然后中心躯体变成一颗白矮星。大一些的恒星死掉之后会变成中子星。

什么是白矮星呢?便是一种很小、很重的星星。

什么是中子星呢?便是一种更小、更重的星星。

更大的恒星死掉之后会怎样样呢?人类已知的力和物质形状都无法给出答案了,只能说全部物质都会向中心掉落,所以史瓦西猜测,这会构成一种新的天体,叫黑洞。

难杂症二:这些高能量现象是谁干的?

就像无法解说村后一些奇特现象是怎样发作的,所以幻想说是鬼魂干的,科学家们遇到难以解说的奇特地理现象,也幻想说这都是黑洞干的。

都有哪些奇特的地理现象呢?

例如国际中的高能量喷流。高能量喷流就比如是国际中有某个机关枪喷射出的接连烈焰,仅仅能量实在是太高了,比人类所知的最高能现象核聚变所能开释的能量还高。科学家们解说不了,所以说一定是黑洞干的。

横竖黑洞看不见,它不背锅谁背锅。

但这两层估测靠谱吗?会不会也就像“鬼魂”相同,终究证明仅仅神棍臆测?

所以科学家们才要尽力“看见黑洞”,由于他们要为自己证明:不,咱们不是神棍,咱们能看见“鬼魂”!

黑洞为什么看不见?

黑洞是什么呢?从界说上说,黑洞便是“看不见的天体”。

咱们要从人类是怎样“看见”事物说起。人类“看见”相同东西,是由于这样东西宣布的光进入人的眼睛。

假如相同东西把光都吸收了,没有光进入咱们的眼睛,咱们看起来它便是黑色的。

黑洞便是没有光宣布来的天体,咱们看不见,所以被称作“黑洞”。

你或许会说,黑色的东西咱们也能看见呀?

一般咱们能看见黑色物体,由于它的布景是淡色布景。白纸上的黑点咱们当然能看见。但国际是什么样呢?国际自身简直便是全黑的,只需零散星光。在全黑布景里看一个黑体,那便是下面这样。你觉得还能看见吗?

(眼力大比拼:请找出图中的黑色天体。)

并且,黑洞还不是日子里一般的黑色物体,黑洞是彻底看不见的星体。

咱们日子里一般的黑色的物体,仅仅在“可见光”波段没有发光,可是在其他光波波段,是能够发光的。

例如,咱们虽少女丰胸然在黑夜里看不见一些东西,可是一旦戴上红外线望远镜,就能让夜晚的全部显形。国际里的天体更是这样,即便红外线不发光,也总能够找到一郝景芳:黑洞和鬼魂的N个类似点段光波规模,看到这个天体发的光。

(红外线夜视仪夜晚拍照:啊哈,我逮到你了。)

可是,黑洞不是这样的。

黑洞是在任何一个光波波段,都不发光。也便是说,咱们不管拿哪个光波波段的望远镜去观测,都看不见黑洞。

它是一个真实含义上的“看不见的天体”。

为什么郝景芳:黑洞和鬼魂的N个类似点黑洞有这样的身手呢?

最主要的原因,是黑洞能让全部光线掉落其间。

黑洞就像是国际里的一个巨大的圈套,有谁一不小心踏足进去,就再也别想跳出来,一定会坠到深渊里,连光也不破例。

那为什么黑洞能成为一个深渊圈套呢?

原因是黑洞引力太大了。

依据科学家的理论,黑洞是在一个极小的规模内聚集了极大的质量,也便是引力极大。爱因斯坦的相对论以为,引力能改动时空结构,让时空构成深渊。这样的深渊就像一个圈套,连光都逃不出去。

因而,黑洞便是一个彻底的“隐形鬼魂”。

怎样观测到黑洞呢

在这种状况下,咱们该怎样“看见黑洞”呢?

假如永久都看不见黑洞,而又说得头头是道,那和村里以神鬼解说国际有何不同?

该怎样让黑洞现身呢?

咱们能够回想一下日子里的黑色物体。前面说过,为什么咱们能看见日子里的黑色呢?原因是布景是淡色。当黑色圆点画在白色纸面上,就能看得清清楚楚。

说终究,“看见”都是相对的。“恶”自身是看不见的,只需和“善”相对,才干看见“恶”。

那假如咱们想让黑洞看清楚,该怎样办呢?或许你现已想到了:只需咱们让黑洞周围的事物亮起来,中心黑着的部分就能看清楚了。

黑洞周围的事物该怎样看到呢?

灵异最多的当地,便是让鬼现形的当地。

高能量地理现象,尤其是喷流,便是让黑洞现身的当地。科学家做出一个猜测模型。他们猜测:当国际中的气体物质挨近黑洞的时侯,会构成一个气体盘子,绕着黑洞转,叫吸积盘。这个盘子会宣布很高能量的光。此外,跟着物质向黑洞方向掉落,在没有掉进黑洞之前,就被黑洞的强磁场抛射出去,就像一上一下两挺机关枪,便是喷流。

这样的猜测或故事靠谱吗?

想知道猜测模型是不是真的,仍是得用法宝照妖镜去调查。所幸的是,吸积盘和喷流,用X射线和射电波能大致看到。当咱们用高分辨率的X射线和射电波望远镜对准目标星体,就能够大致勾勒出吸积盘和喷流的造型。

到目前为止,全部的观测都支撑这个猜测模型。我从前的作业便是用X射线望远镜数据观测黑洞的吸积盘和喷流。这是国际上最风趣的作业之一。

(我从前用过数据的X射线望远镜Chandra拍照的国际相片。)

这次的黑洞相片有什么不同寻常?

曩昔的观测现已在相当大程度上印证了科学家猜测的黑洞模型。但还不是真的看黑洞,仅仅看黑洞周围发亮的当地,它们还离黑洞还有一小段间隔。这就比如桌上有一个黑手机,在黑夜里看不清楚,但假如桌面全体发光,就能大致知道黑乎乎的当地便是手机了。

而这一次是怎样呢?是经过精密的观测,看到了一圈发亮的手机壳。连手机壳都看到了,手机就也算是看到了吧!

黑洞内部咱们是永久看不见的,能看到最靠近黑洞的一圈概括,现已算是很厉害了。

(黑洞引力效应示意图,艺术幻想)

这一圈概括终究是什么呢?

还记得咱们前面说过吗,引力太强壮,能把时空改动,让光线都曲折方向。假如在黑洞“视界”(黑洞鸿沟的称号)内,全部光线都逃不出来,全都被引力拉向中心。那在“视界”外呢?光线会被引力曲折,简直就要拽到黑洞深渊里,但还没彻底拽进去,仍是有一些光能够绕着黑洞转,构成一圈亮光。

这便是咱们看到的相片上的一圈亮光:黑洞手机的手机壳。

其间有一些不对称的当地,有一侧更亮,另一侧更暗,这是怎样回事呢?这叫“多普勒效应”,是指朝向咱们的光看上去能量增强,背向咱们的光看上去能量削弱。

这次观测的星系,有什么特别吗?一点都不特别。国际中有不同标准的黑洞,恒星构成的黑洞很小,而在每个星系中心,或许都有一个超大质量黑洞,或许和星系构成进程有关。咱们银河系和M87星系,都仅仅很一般的星系超大质量黑洞。

总而言之,这次看到的黑洞,就和科学家的猜测一模郝景芳:黑洞和鬼魂的N个类似点相同。

(星系中心的超大质量黑洞和喷流,依据观测数据构成的艺术幻想)

所以,你或许能理解了,这次的相片为什么引起这么多惊叹。

由于这次的相片,和人们预期的相同。

你想象一下:假如你是某个小渔村的乡民,没出过远门,只看到远方含糊有一片乌云和高山,你们村子里有个人讲了个远山反面的怪兽的长相。成果有一天,总算有人带来了远山反面怪兽的相片,跟你们村子里那个人说的一模相同!你说惊讶吗?

或许你有一点点get到这张相片为什么令科学家这么激动了。

上面提到的理论:引力影响时空,让光线曲折,引力满足大会将光线都吸收进肚子里,黑洞的存在,这都是爱因斯坦广义相对论场方程算出的成果。

爱因斯坦便是那个小渔村里看见远山背面怪兽的人啊。

如是,方知巨大。

终究,挨近结尾的当地,我谈一下这次的观测手法:甚长基线射电阵列。

射电波是全部光波的一种,是波长最长的光波,咱们平常的手机通讯、电视和互联网、GPS导航,运用的都是射电波。国际中有十分多射电波信号,它是远间隔传输被吸收最少的光波之一。

射电波需求天线勘探,天线的基线越长,勘探的精度越高。而许多射电天线组成阵列,又能得到愈加准确的观测。

地理勘探始终是人类国际合作的成果。这次的勘探是全国际八个观测站联合勘探,用了几年才做到一次有用观测。

现代科学一向是全球的、全人类的,底子不存在什么东方科学、西方科学,只存在“科学”和“其他”。

终究的终究,谈一点主意。

黑洞和鬼魂终究有多少共同点呢?其实,科学研讨和神怪猜测,从起点的视点,并没有实质不同,便是在给不知道现象寻觅原因。

可是科学在信仰和办法上,与神怪猜测有实质区别。神怪猜测是“怎样说都对”,而科学信任,万事万物是能够用数学描绘,并且能够由观测加以验证。这儿的数学,指的不是数字核算,而是一种理性的笼统言语。数学的实质不是核算,而是企图找到普遍性的规则,用笼统准则去描绘,用理性加以推导。《自然哲学的数学原理》便是在这个含义上有开创性作用。此外,科学信任观测试验“可证伪”理论说法,永久尊重观测,不信任“信我得永生”的忽悠。

笼统和观测,是科学的中心,也是人类常识真实向前开展的源动力。

这次的相片,是又一次印证。

本文作者:郝景芳,《北京折叠》作者,第74 届“雨果奖”得主。清华大学经济学博士,天体物理系硕士、闻名作家、经济学家。儿童通识教育项目童行学院(微信大众号t郝景芳:黑洞和鬼魂的N个类似点ongxingplan)创始人。

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