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回顧:黑洞是由恒星形成的,未來太陽也會變成吞噬一切的黑洞嗎?

2024-10-18科學

宇宙浩瀚無垠,自從望遠鏡被發明出來以後,人類有了除肉眼以外進一步探索太空的資本。自從人類向太空發射了哈勃望遠鏡後,我們驚訝地發現,在這個我們難以估量的範圍裏,存在著許許多多奇異而又超出認知的天體。

由於重力的存在,宇宙中的絕大多數天體都是比較規則的球體, 所以我們習慣性地稱之為「XX星」或者是「XX球」,例如地球、月球、火星等等。

不過有這樣一個天體,它雖然同樣是呈現出較為規則的球體, 但我們並沒有將它稱之為星球,而是用「洞」來形容它,它就是「黑洞」。

那麽黑洞這種天體究竟有什麽特殊的地方?它是怎麽形成的?我們的太陽又是否會向黑洞的方向發展呢?

什麽是黑洞

從根本上來講,黑洞是愛因斯坦在廣義相對論中提出的一種概念性天體,在宇宙中,黑洞還可以根據質素的差距分為三種:第一種是恒星級質素黑洞;第二種是中等質素黑洞;第三種是超大質素黑洞。

這三種黑洞都是以太陽為參考系數,在太陽的三倍到幾百萬倍質素之間。

雖然目前人們認為黑洞是由愛因斯坦預言的,但是早在愛因斯坦之前, 就有人曾經意識過這種天體的存在。

1783年,英國自然哲學家約翰·妙思在寫給友人的一封信中就提到了這樣一個概念,他認為只要宇宙中存在一個有太陽質素的星球,並且它的半徑只有3公裏時, 那麽這個星球就難以被發現,因為光無法作用到它。

1796年,法國物理學家拉普拉斯也曾經提出過相似的概念,他認為如果宇宙中存在一個與地球差不多大小的發亮恒星,但是質素卻相當於250個太陽時,這個恒星也不會被人們發現。在1915年愛因斯坦提出相對論之後,德國的天文學家卡爾·史瓦西結合愛因斯坦的方程式式總結出了黑洞的概念。

黑洞的質素非常大,因此黑洞擁有超乎尋常的重力,在強大的重力作用下, 甚至連光都無法逸出,只能被強大的重力所吞噬。

而且,黑洞的重力範圍非常大,只要在它的區域以內,就沒有東西能夠逃脫,被吞噬之後,也永遠無法返回, 這個區域的邊界被我們稱之為「事件視界」。

總的來說,黑洞在本質上與恒星一樣,只不過質素以及重力都與普通的恒星不在一個量級。

對人類來說,它是宇宙中最神秘的天體,因為它在宇宙中扮演的角色,是一種超出時間、空間構造的星體,而且它非常矛盾,因為它理論上擁有強大的能量,但是它既不向外散發能量,也不表現出人類可以觀測到的能量。

人類研究黑洞無異於研究一種理論上存在,但卻看不見摸不著的東西。

黑洞是怎麽形成的

目前,人類還沒有直觀地觀測到黑洞, 所以至今為止大多數有關黑洞的言論只是透過推論以及猜想得出的。

在天文學界對黑洞形成的原因有一個比較統一的觀點: 黑洞是由那些體積質素都足夠大的星體,不斷地塌縮以後形成的。

舉個簡單的例子,假設人類在一顆即將進行塌縮的巨大恒星表面放置一個發光物,在塌縮之前,重力雖然存在,但不妨礙光源依然呈現出朝四面八方直線發散的狀態。

隨著恒星的逐漸塌縮,質素不變,體積變小,重力因此越來越大。在塌縮的早期時間段內,光源依然保持著發散狀態,只不過逐漸變的扭曲,而隨著塌縮的行程不斷前行,這些光源從最初發散狀態變成收攏狀態。

最終, 當恒星塌縮到事件視界範圍內時,黑洞就形成了。

宇宙的時間單位通常都是「億年」級別,但是可別以為由恒星塌縮成黑洞的時間需要很久!科學家們認為,恒星一旦發生塌縮,整個過程非常短暫,以一個質素為太陽十倍的星體為例,從發生塌縮到變成黑洞只需要百分之一秒!

太陽會變成黑洞嗎

以地球為參照物的話,不管是體積、質素還是能量散發上,太陽的確是一個龐然大物,但若是以宇宙中其他的星體為參照物的話,太陽不但算不上大,甚至在一些超新星面前,太陽也顯得比較「矮小」。

所以太陽不管是從質素方面,還是體積方面來看,都不具備變成黑洞的條件。

如果按照正常發展,太陽在內部能量燃燒殆盡的那一刻,已經是幾十億年之後的事情,在燃燒殆盡之前,太陽將會經歷一個體積巨大且光芒萬丈的紅巨星階段。

隨後進入密度極高的白矮星階段,但是大小卻只有地球那麽大。從前面約翰·妙思的觀點出發的話,太陽如果想演變為黑洞, 其半徑只能在3公裏,所以太陽是不可能成為黑洞的。

那麽,如果太陽真的變成了黑洞,屆時將會產生什麽樣的影響呢?要知道這個答案我們首先得知道太陽變成黑洞以後,其半徑大概在0~2.9Km之間,而其視界半徑同樣為3Km。

由此, 我們可以得到三個結論。

  • 太陽就算變成了黑洞,其大小也不足以將太陽系的一切吞噬。

  • 由於太陽黑洞太小,八大行星也將會一切照常執行。

  • 太陽黑洞不聚變,太陽系依然會維持現狀。

  • 當然,太陽變成黑洞也並非完全沒有影響,比如在失去太陽這一光源以及熱量以後,地球將會陷入黑暗並且成為一個「冰球」。

    那麽如果太陽替換成一個同等大小黑洞的話會怎麽樣呢?當出現這種情況時,原本散發能量的星體將不再存在,轉而變成一個吸收能量的天體。

    這時,八大行星將會在重力的作用下不再圍繞著黑洞公轉,而是從四面八方吸引最終撞擊到一起。

    不過這種情況也只是一種假說,畢竟目前人類對於黑洞的認知還只是冰山一角。

    結語

    其實我們之所以會做太陽變成黑洞的假設,主要原因就是想知道屆時地球的安全性。

    那從物理學角度出發,宇宙中本身就沒有永恒存在的事物,據科學家推算,大約在45億年之後,太陽將擴張成一顆巨紅星,屆時就已經是地球生命的末日了。

    所以我們與其擔心太陽在哪一天會變成地球生命的終結者,倒不如從地球出發,預言一下是太陽先一步終結地球,還是戰爭、汙染先一步終結地球。