黑洞形成的最基本原理是什麼

想必有很多人都知道黑洞，但是現在人們對黑洞的探索也僅在表面。下面是本站小編為你精心推薦的黑洞形成的原理，希望對您有所幫助。

　　黑洞形成的最基本原理

黑洞是一種引力極強的天體，就連光也能被吞噬。當恆星死亡時，巨大的內核崩塌並收縮，導致引力被濃縮到一個很小的區域，當這個範圍小到一定程度(小於史瓦西半徑)時，就連垂直表面發射的光都無法逃逸了。

至於黑洞是怎麼形成的，當一個比質量大8倍以上的恆星死亡時，它們會在引力的擠壓下發生爆炸，形成超新星。科學家們發現，有些恆星更為龐大。這些超巨星比太陽還重100倍，它們死亡時引發了宇宙中最劇烈地爆炸，形成了超超新星，黑洞就是這樣誕生的。

我們以大犬座VY超巨星為例，它是人類已知的最大恆星，直徑約30億公里。像所有恆星一樣，它就像一個不斷向外噴發能量的核聚變反應堆，於此同時它的強大引力向內擠壓。幾百萬年以來，核聚變和引力互相抗衡。當恆星的燃料耗盡，核聚變也隨之停止，引力贏得了最終的勝利!

一毫秒後，恆星的內核被引力壓縮至原體積的幾分之一，一個嬰兒黑洞誕生了。它立即從內部開始吞噬恆星的剩餘部分，其吞噬速度相當於每秒100萬個地球質量。這一過程只需要不到幾毫秒，恆星的其它部分甚至還沒有反應過來，內核就已經被吞噬了，所以此時恆星已經成為了行屍走肉。

隨後，失去內核的恆星整體結構開始向黑洞中心轟然倒塌並引發劇烈爆炸，爆炸產生的能量可以比太陽100億內裏釋放的所有能量還多100多倍。當恆星爆炸的灰燼散去之後，黑洞將從恆星的內部顯現出來。

　　黑洞形成原因

宇宙早期的星雲物質--絕大部 分是氫的'極其稀薄的氣體--由於自身的引力作用而收縮成恆星。由於收縮過程中氣體原子相互碰 撞的頻率和速度越來越高，導致氣體温度上升並最終使恆星發光。當温度如此之高，以致於氫原 子碰撞後不再離開而是聚合成氦，這被稱為"熱核聚變"。聚變釋放出的巨大能量使恆星氣體的壓 力進一步升高，並達到足以平衡恆星內部引力的程度，於是恆星的收縮停止下來，並在相當長的 時間裏穩定地燃燒。當恆星耗盡了這些氫之後，由於核反應的減弱而開始變冷，恆星氣體的壓力 不足以抵抗自身引力的而導致恆星重新開始收縮。恆星中的氦元素髮生聚變形成碳或氧之類較重 的元素。但這一過程並沒有釋放太多的能量，恆星繼續收縮。

諾貝爾獎得主，印度裔美籍科學家強德拉塞卡在1928年指出，由於"泡利不相容原理"(在同 一軌道不存在兩個運動狀態完全相同的粒子)的作用，當恆星進一步縮小時，物質粒子靠得非常 近並且必須嚴格地遵守不相容原理，因而粒子之間發散的趨勢平衡了恆星自身的引力，使恆星不 再縮小。如果這個不相容原理引起的排斥力是電子間產生的，那麼恆星將坍縮成為一顆半徑為幾 千英里，密度為每立方英寸幾百噸的冷恆星--"白矮星"。科學家們已經觀測到大量的白矮星。坍 縮的另一種形式為"中子星"--它上面的的電子早已被引力拉到質子上，因此這種恆星全部由中子 組成，並靠中子間不相容原理引起的排斥力抗衡自身引力以維持"體形"。它們的半徑只有10英里 左右，密度為每立方英寸幾億噸。中子星同樣已經為觀測所證實。

強德拉塞卡同時計算出，當恆星質量大於太陽質量的一倍半時，即使不相容原理也無法阻擋 恆星的繼續坍縮，恆星將無休止的收縮，直至體積為零!此時的物質密度和空間--時間曲率將無 窮大。所有的科學定律將在此失效。這就是我們前面所提到的"黑洞奇點"。

事實上存在着這樣一種情形：超過強德拉塞卡極限的恆星在耗盡自己的燃料時，它們可能會 在被稱為"超新星爆發"的巨大爆炸中拋出大量的物質，使自己降到極限質量之下從而避免坍縮。 但這不可能總是發生，即使總是發生，那麼如果將額外的物質加在白矮星或中子星上，結果又將 這樣呢?

科學家們感到震驚，他們無法相信這一理論並對它懷有敵意。他們紛紛撰文試圖證明恆星 體積不會收縮到零，這其中也包括愛因斯坦。

但是，史蒂芬·霍金和羅傑·彭羅斯於1965和1970年的研究指出，如果廣義相對論正確的話 那麼在黑洞中必然存在着無限大密度和空間--時間曲率的奇點。這個奇點和大爆炸類似，是一切 事件的終結之處，科學定律可預見性都將失效。

　　黑洞的存在爭議

相關論文分別發表在著名的預印本網站ArXiv和《物理快報B》雜誌上。“得出這個結論後，即便我本人都感到十分震撼。”提出這一理論的美國北卡羅來納大學教堂山分校理論物理學教授勞拉·梅爾西尼—霍頓這樣描述自己的感受。她説：“科學家們研究這個問題已經超過了50年，而這個解決方案給了我們許多新的思考。”1974年，霍金通過量子力學的方法得出結論：黑洞不僅能夠吸收黑洞外的物質，同樣也能以熱輻射的方式向外“吐出”物質。而這種量子力學現象，就被稱為霍金輻射。物理學家組織網2014年9月25日(北京時間)報道稱，新研究中梅爾西尼—霍頓描述了一種全新的方案。她和霍金都同意，當恆星因自身的引力發生坍塌時會產生霍金輻射。但梅爾西尼—霍頓認為，發出這種輻射後，恆星的質量也會不斷地發生損失。正因為如此，當這些恆星坍縮時就不可能達到形成黑洞所必須的質量密度。她認為，垂死的恆星在發生最後一次膨脹後，就會爆炸，然後消亡，奇點永遠不會形成，黑洞視界也不會出現。

根本就不會存在像黑洞這樣的東西。其實早在今年年初，霍金就曾通過論文指出在經典理論中黑洞是不存在的，他承認自己最初有關視界的認識是有缺陷的，並提出了新的“灰洞”理論。該理論認為，物質和能量在被黑洞困住一段時間以後，又會被重新釋放到宇宙中。黑洞這一定義在經過漫長的時間推測後，已經慢慢被人們所接受。然而霍金今年年初發文否認黑洞的存在，取而代之提出了“灰洞”理論，這在物理學界掀起了不小的波瀾。如今，梅爾西尼—霍頓直截了當地稱“根本就不會存在像黑洞這樣的東西”，這無疑成為又一枚重磅炸彈——儘管梅爾西尼—霍頓遠不及霍金出名。當然，想以一己之力推翻既有的理論並不那麼容易，需要更多有説服力的證據加以佐證。

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