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被黑洞吞噬的物體不會無緣無故消失,到底去哪裏了?

2024-11-05科學

關於黑洞的探索,始於愛因史坦的廣義相對論,這是一個神秘且令人著迷的天體。2019年4月,科學家們透過事件視界望遠鏡,終於捕捉到了黑洞的視覺證據,確認了其存在。

黑洞以其巨大的重力著稱,甚至光線都無法逃脫它的重力束縛。圍繞黑洞的問題之一便是,那些被其吸入的星球究竟何去何從?

在黑洞的事件視界邊緣,似乎空無一物。黑洞似乎有著無盡的胃口,永無止盡地將捕獲之物吸入。

黑洞為何擁有如此強大的吞噬能力?牛頓的萬有重力定律揭示了品質與重力間的聯系,也就是說,品質越大,重力也越大。

眾所周知,黑洞的品質極為龐大,因此其重力也是無比巨大。科學家研究發現,天體的品質決定了其逃逸速度的大小,品質越大,所需速度也越大。因此,黑洞所需的速度遠超第二宇宙速度,甚至超越了光速。這導致任何低於或等於光速的物體都無法逃脫黑洞的吸引,被吸入其中。

愛因史坦的狹義相對論提出「光速不變原理」,表明任何物質、資訊、能量都無法超越光速。據此,我們可以理解為所有已知物質都會被黑洞吸入。但牛頓的萬有重力定律在強重力場中並不適用,這時需要愛因史坦的廣義相對論來解釋。

愛因史坦認為,重力的本質在於時空的彎曲,而行星之所以圍繞恒星運動,是因為恒星的品質使得周圍的時空發生彎曲,行星則沿著彎曲的時空路徑運動。

惠勒曾表述,時空決定了物質如何運動,物質反過來影響時空如何彎曲。如果太陽能使時空彎曲,那麽黑洞也同樣可以,唯一的區別在於黑洞對時空的彎曲程度遠超太陽,以至於其周圍的物質,即便是光線,都無法逃脫其強大的重力,最終被吸入黑洞之中。

因此,至少在目前我們所知的物質世界中,沒有任何物質能夠逃脫黑洞的重力。

黑洞的重力之強,足以使周圍的恒星遭受不可避免的吞噬命運。然而,科學家們對於黑洞的吞噬機制一直持研究態度。

黑洞是如何吞噬周圍物質的?集中於黑洞極小體積內的巨大品質導致其塌陷成奇異點,形成一個使得任何物質都無法逃脫的強大重力場。一旦物質過於接近黑洞,便會被其力量撕裂。

黑洞通常由大品質恒星塌縮爆炸後形成,任何位於黑洞事件視界內的物質,即使以極限速度移動,也無法逃脫被吸入的命運。一旦形成黑洞,事件視界內的一切最終都將收縮為一個奇異點。

對於黑洞外的物體而言,黑洞巨大的品質產生強烈的潮汐力。物體越接近黑洞,所受的潮汐力就越強,最終這種力量會撕裂物體,部份碎片經受阻力後進入吸積盤,最終落入黑洞本身。

以我們18億光年外的一場「黑洞進食」事件為例,該事件最早於2005年開始被觀測。此次觀測讓我們目睹了「潮汐瓦解」過程,完整的恒星被撕裂為碎塊,逐漸被黑洞吸入。

黑洞本身不發光也不反射光線,但它的超強重力可將撕裂出的恒星物質壓縮、加熱,釋放出耀眼光芒,形成類星體。這類星體的光芒短暫而強烈,隨著時間推移,X射線亮度逐漸減弱,最終光芒消失。

通常情況下,任何物體吸收其他物質後體積會增大,如人吃食物後肚子會膨脹。但對於黑洞來說,吸收物質似乎並未改變其體積,那麽那些被黑洞吸入的物質究竟去了哪裏?

目前的科技水平僅允許我們觀察到黑洞吞噬天體的過程,但對於物質的去向,我們知之甚少。科學界對於這一問題有兩種主要猜測:一是黑洞將吸收的粒子轉化為熱放射線散發出去;另一種猜測是,黑洞透過所謂的白洞理論,將能量散發到其他宇宙或空間。

總的來說,黑洞以其特殊的天體內容,將物質吸入並粉碎。雖然被稱為黑洞,但它並非真正意義上的「洞」,因為並無證據表明它會「消失」。大膽推測,黑洞可能將所吸收的能量轉化為熱放射線,釋放到宇宙之中。至於白洞理論,目前尚缺乏足夠的科學依據,僅是人們對時空奧秘的一種猜想。