什么是黑洞視界，以及那里發(fā)生了什么？

2025-11-23 15:45:23 分類：知識 閱讀(9478)

事件視界標(biāo)志著黑洞外緣的邊界。這張黑洞圖像顯示了一個湍流的界及義烏外圍美女（微信180-4582-8235）提供頂級外圍，空姐，網(wǎng)紅，明星，車模等優(yōu)質(zhì)資源，可滿足你的一切要求氣體盤在宇宙怪獸周圍翻騰。 (Image credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman)
（神秘的那里地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（By Robert Lea）：事件視界是黑洞的球形外邊界，被寬松地認(rèn)為是發(fā)生它的“表面”
根據(jù)美國國家航空航天局(NASA)的說法，這一點是什黑黑洞的引力影響變得如此之大，以至于甚至連光速都不足以逃離它。洞視由于阿爾伯特·愛因斯坦的界及狹義相對論告訴我們，在真空中沒有任何信號可以超過光速(c)，那里人類永遠(yuǎn)無法希望從單向邊界即事件視界獲得信號。發(fā)生
因此，什黑視界有效地充當(dāng)了宇宙守門人的洞視角色，阻止我們直接觀察黑洞中心的界及秘密。然而，那里它們可以揭示大量關(guān)于周圍環(huán)境的發(fā)生信息。
哈佛大學(xué)天文學(xué)教授阿維·勒布告訴Space.com:“視界是終極監(jiān)獄墻——你可以進(jìn)去，但永遠(yuǎn)出不來。”。
當(dāng)一個項目接近視界時，目擊者會看到項目的圖像變紅變暗，因為重力扭曲了來自項目的光。在事件視界中，這個圖像會有效地消失不見。義烏外圍美女（微信180-4582-8235）提供頂級外圍，空姐，網(wǎng)紅，明星，車模等優(yōu)質(zhì)資源，可滿足你的一切要求
在事件視界內(nèi)，人們會發(fā)現(xiàn)黑洞的奇點，以前的研究表明，該物體的所有質(zhì)量都坍縮到無限密集的程度。這意味著奇點周圍的空間和時間結(jié)構(gòu)也彎曲到了無限的程度，因此我們目前所知的物理定律就失效了。
“事件視界保護(hù)我們免受奇點附近未知物理的影響，”勒布說。
專家解答的視界和黑洞常見問題
澤維爾·卡爾梅特教授
Xavier Calmet是英國蘇塞克斯大學(xué)數(shù)學(xué)和物理科學(xué)學(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)教授
我們問了英國物理學(xué)教授Xavier Calmet幾個關(guān)于黑洞和視界的問題。
什么是黑洞視界？
它標(biāo)志著黑洞和宇宙其他部分的邊界。
這個界限有什么特別之處？
視界內(nèi)的任何東西都無法逃脫或穿越這個邊界回來，甚至光也不行。這意味著任何進(jìn)入黑洞視界的東西都不能從這個視界之外被觀察到。
我們有可能超越事件視界嗎？
這是一個觀點問題。從遠(yuǎn)處的觀察者來看，我們永遠(yuǎn)看不到任何東西落入黑洞，即進(jìn)入視界。接近事件視界的物體會隨著時間慢慢消失，最終消失。然而，從一個掉進(jìn)黑洞的觀察者的角度來看，當(dāng)他穿越天體物理黑洞的視界時，他不會注意到任何東西。因為天體物理或大型黑洞的視界曲率很小，所以沒有強大的潮汐力，自由落體的觀測者會簡單地進(jìn)入黑洞，而不會注意到他已經(jīng)通過了視界。
視界之外是什么？
空蕩蕩的空間，沒有什么值得注意的，直到人們非常接近黑洞中心的奇點。在那個階段，潮汐力變得極其強大，觀察者將經(jīng)歷意大利面條化——它們將被拉伸成一根長長的意大利面，最終將被強大的引力撕裂。
有什么東西能夠逃脫黑洞的視界嗎？
這是一個迷人的問題，并與臭名昭著的霍金信息悖論有關(guān)。2022年，我和我的同事Stephen Hsu在一系列論文中演示了信息如何逃離黑洞。我們的理論是，信息被編碼在黑洞外引力場的量子狀態(tài)中，并印在霍金輻射中，因此外部觀察者完全可以獲得。從這個意義上說，關(guān)于掉進(jìn)黑洞的信息總是可以恢復(fù)的。
愛因斯坦、黑洞和視界:兩個奇點的故事

美國國家航空和宇宙航行局對黑洞的圖解，漆黑的心被視界包圍著。 (Image credit: NASA's Goddard Space Flight Center/ background, ESA/Gaia/DPAC )
黑洞和事件視界的概念誕生于1915年由阿爾伯特·愛因斯坦構(gòu)想的引力理論，即廣義相對論和定義它的張量方程的解。一個基調(diào)是一個數(shù)學(xué)方程，類似于一個向量，但有四個值，而不是兩個。因此，張量有時也被稱為“四維向量”
廣義相對論也被稱為“重力幾何理論”，因為它認(rèn)為質(zhì)量的存在導(dǎo)致時空結(jié)構(gòu)(空間和時間統(tǒng)一為四維實體)扭曲。
把這想象成類似于把不同質(zhì)量的球放在一個拉伸的橡膠片上。球的質(zhì)量越大，彎曲程度就越大，所以保齡球?qū)ΣＡ膹澢潭冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈球。對于天體來說也是一樣，恒星比行星產(chǎn)生更多的扭曲。當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星由于自身引力而完全坍縮時，黑洞就產(chǎn)生了。恒星的質(zhì)量被壓縮到一個無限小的空間，導(dǎo)致時空的極端扭曲。
因為術(shù)語“黑洞”指的是整個彎曲，而不僅僅是居住在其中心的無限質(zhì)量，稱黑洞為“時空事件”比物體更準(zhǔn)確。事件視界是這些事件的外部邊緣，在那里時空彎曲得如此厲害，以至于任何通過它們的東西都注定要單程旅行到黑洞的中心。
1915年，在廣義相對論首次發(fā)表后不到一個月，根據(jù)物理研究所的說法，天體物理學(xué)家卡爾·史瓦西成為第一個解決廣義相對論的場張量方程的人。
1911年第一次世界大戰(zhàn)期間，史瓦西在東線德軍服役時研究了廣義相對論。他寫信給愛因斯坦，告訴他簡單而精確的解決方案，愛因斯坦擔(dān)心這些方案可能永遠(yuǎn)無法實現(xiàn)，因為他自己只能得到近似的解決方案。史瓦西于1916年去世，同年他的解決方案發(fā)表。
廣義相對論的數(shù)學(xué)(蘭伯恩。R. J. A，2010，第171頁)預(yù)測了兩個奇點。一個坐標(biāo)奇點，它是事件視界——黑洞的外部邊界，還有一個引力奇點，它代表黑洞的核心。
史瓦西的解決方案給出了坐標(biāo)奇點，因此事件視界在黑洞周圍有一個固定的位置，稱為“史瓦西半徑”
通過巧妙應(yīng)用數(shù)學(xué)和變換坐標(biāo)系，可以消除坐標(biāo)奇異性。但引力奇點或“實奇點”是無法去除的。它向物理學(xué)家提出了挑戰(zhàn)，因為它代表了描述宇宙的物理學(xué)完全崩潰的時刻。
視界在哪里，有多大？

黑洞的解剖圖。它(從左到右)標(biāo)記了奇點:黑洞的正中心，物質(zhì)在無限密度的區(qū)域中坍縮。相對論噴流:當(dāng)恒星被黑洞吸收時，粒子和輻射噴流以接近光速噴出。光子球:從黑洞附近的熱等離子體中發(fā)射出的光子，使它們的軌跡彎曲，產(chǎn)生一個明亮的環(huán)。事件視界:奇點周圍的半徑，物質(zhì)和能量無法逃離黑洞的引力，這是一個不可逆轉(zhuǎn)的點。過熱氣體和塵埃的吸積盤以極高的速度圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電磁輻射x射線。 (Image credit: AFP Photo/NASA/JPL-Caltech)
史瓦西半徑(Rs)是一個位于黑洞中心“真實”奇點半徑處的球體，其半徑(r)為r = 0，等于半徑等于2倍牛頓引力常數(shù)或“大G”(G)乘以物體質(zhì)量(M)除以光速平方(c ) [Lambourne。英國皇家律師協(xié)會，2010年，第172頁]。Schwartzchild半徑的等式看起來像這樣Rs = 2GM/c。
這個等式意味著事件視界的大小取決于黑洞的質(zhì)量。質(zhì)量越大，視界就離中心奇點越遠(yuǎn)。
不僅僅是黑洞具有史瓦西半徑，所有像行星和恒星這樣的大質(zhì)量物體都具有史瓦西半徑，但這些都不是事件視界，因為這些點通常都在物體內(nèi)部。
例如，假設(shè)太陽的質(zhì)量為1.989 × 10 ⁰千克，其史瓦西半徑位于距其中心點約1.86英里(3公里)處，而太陽的半徑約為432，450英里(696，000公里)。地球的史瓦西半徑甚至更接近它的中心點，我們的星球的史瓦西半徑不超過9毫米！
要了解為什么Schwartzchild半徑構(gòu)成了一個光陷表面，可以考慮逃離物體引力影響所需的逃逸速度等于2乘以“大G”(G)乘以物體質(zhì)量(M)除以物體半徑的平方根，因此Ves = (2GM/r) /。對于地球來說，速度大約是每秒7英里(每秒11.2公里)。
對于一個半徑小于2GM/c的物體，逃逸速度增加到每秒3.0 x 10⁸米以上，真空中的光速告訴我們，在這一點上，甚至光也不能超過引力。
史瓦西半徑的另一個結(jié)果是，要成為黑洞，有質(zhì)量的物體的半徑必須縮小到Rs以內(nèi)。如果太陽被壓縮到足以成為一個黑洞，它的半徑將從超過40萬英里縮小到只有1.86英里(3公里)。與此同時，為了讓我們的星球成為一個黑洞，地球的半徑必須從大約4000英里(6400公里)縮小到只有0.35英寸(0.9厘米)！
人馬座A*，銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞，質(zhì)量約為我們太陽的430萬倍，直徑約為790萬英里(1270萬公里)，而室女座A星系中心的M87約為60億太陽質(zhì)量，寬110億英里(177億公里)。
成像事件視界

2022年5月12日，事件視界望遠(yuǎn)鏡展示了銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的圖像，這是一個被稱為人馬座A*的龐然大物。(Image credit: Event Horizon Telescope collaboration)
2019年，視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)通過捕捉人類第一張黑洞的直接圖像創(chuàng)造了歷史，或者你現(xiàn)在會更準(zhǔn)確地認(rèn)識到，黑洞周圍的環(huán)境。
這張照片展示了梅西耶87 (M87)中心的超大質(zhì)量黑洞，根據(jù)EHT合作組織的說法，它距離我們5300萬光年，質(zhì)量相當(dāng)于65億個太陽。這幅圖像顯示了一個發(fā)光的物質(zhì)環(huán)以接近光速的速度繞著事件視界運動。
遍布全球的望遠(yuǎn)鏡陣列組成了EHT，構(gòu)成了一個地球大小的虛擬望遠(yuǎn)鏡，在2022年再次創(chuàng)造了歷史，當(dāng)時它拍攝了我們銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞，稱為人馬座A* (Sgr A*)。
EHT項目科學(xué)家、天文和天體物理研究所天文學(xué)家Geoffrey Bower在一份聲明中說:“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，光環(huán)的大小與愛因斯坦廣義相對論的預(yù)測吻合得如此之好。”。“這些前所未有的觀察大大提高了我們對銀河系中心發(fā)生的事情的理解，并提供了關(guān)于這些巨大黑洞如何與周圍環(huán)境相互作用的新見解。”
因此，M87和銀河系中心黑洞的圖像表明，雖然事件視界保護(hù)了隱藏在它們背后的許多秘密，保護(hù)了這些時空事件中心的中心奇點免受審查，但它們也有助于揭示關(guān)于它們周圍環(huán)境和塑造星系的極端物理學(xué)的大量信息。