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1.就我對黑洞的了解而言,我知道可見光是無法從中逃脫的。這讓我想知道x射線是如何從黑洞中發射出來的。

光不能從黑洞中逃脫,這個觀點是絕對正確的。這個說法不僅適用於可見光,也適用於x射線或其他任何東西。因此答案是:x射線“不是”從黑洞內部發射出來的。相反,黑洞的引力迫使它周圍(以及外面)的氣體飛速移動。這種快速的運動引起氣體內部的摩擦,摩擦生熱,熱量產生x射線和其他波長。因此,你看到的x射線來自於黑洞之外,這就是你能看到它們的原因。

2.我一直在思考我們的宇宙以及它是如何運作的,並且已經形成了一個理論。我確信,如果可能的話,這類事情已經被探索過了,但是我想知道你的想法和解釋。

我設想我們的星系(一個螺旋星系)有一個黑洞和一個白洞。當黑洞吸進物質時,白洞以同樣的速度把物質射出來。我們還沒有意識到那個白洞,因為我們無法看到或探測到它。如果這個過程正在發生,我設想這個星系的生命週期是無限的——當一隻手臂消失時,另一隻手臂正在形成,星系在不斷地補充自己。

接下來,我建立了一個理論,如果我們能足夠遠地進入太空,在那裡我們可以看到整個宇宙,我想我們可能會發現,它所包含的所有星系也都形成了臂狀,形成了一個螺旋形的宇宙。這個螺旋形的宇宙也有一個黑洞和一個白洞。

這個理論可行嗎?這能解釋宇宙的加速嗎?在這當中,我們所探測到的物質加速時,恰恰正在接近一個黑洞?也許黑洞內部發生的混亂產生了一些新元素,這些新元素是從白洞中吐出來的,為新恆星、行星、衛星等的形成提供了可能。

哇!你的問題涉及到了我們宇宙的很多尺度——從星系到整個宇宙的結構。你能以如此巨集大的規模思考問題,真是太酷了。

讓我從白洞的一些事情說起。正如你可能知道的,白洞代表了愛因斯坦方程的一個解,且被認為是黑洞的對立面。然而,物理學中非常重要的一點是,一個方程的解的存在並不意味著它的解也存在於物理世界中。白洞似乎就是其中之一——大多數天文學家和物理學家都認為它們不可能存在於真實的宇宙中。

現在來看星系的螺旋結構。目前的理論認為這種螺旋結構是由密度波引起的。密度波是一種物質波,它會聚集起來,然後分散開——你可以用一個螺旋彈簧做出你自己的密度波。拉伸你和另一個人之間的螺旋彈簧——不要把彈簧從一邊轉到另一邊,而是把幾個環捏在一起,然後鬆開。被捏緊的環會沿著螺旋彈簧“旅行”,然後再回來。在這裡,螺旋彈簧本身是可以移動的,但有幾個環聚在一起,然後分開,使它看起來好像這些環在彈簧上上下移動。

星系中的旋臂似乎在做著同樣的事情。星系中的恆星不以和旋臂同樣的速度繞軌道執行,這意味著恆星圍繞銀河系的中心執行,它時而成為一個旋臂的一部分,然後離開了旋臂一段時間後去加入另一個旋臂。

你問題的最後一部分是關於宇宙螺旋結構的可能性。天文學家們繪製了一幅天空的地圖,其中有一部分距離我們約10億光年,他們發現,這些星系都是由大星團、細絲和空洞組成的。你可以在以下看到地圖:

3.黑洞對我來說很有趣。我有幾個關於他們的問題。如果兩個具有相同引力的黑洞相互靠近,會發生什麼?一個黑洞會落入另一個黑洞,還是它們會結合在一起形成一個兩倍重力的巨大黑洞?還有裡面的光到底怎麼了?東西去哪了?它們還會回來嗎?一個黑洞的引力能否被逆轉,讓它把所有的東西都吐回宇宙?

黑洞似乎抓住了每個人的想象力——這是我最初進入天文學的原因之一。

關於黑洞要記住的一件事是,離黑洞“很遠”的地方,它的行為和其他任何品質相同的東西一樣——只有當你靠近的時候,事情才會變得奇怪。所以,兩個黑洞有可能相互環繞,就像兩顆恆星一樣。話雖如此,兩個黑洞相撞也是完全可能的。如果兩個品質差不多的黑洞彼此靠得足夠近,它們就會相撞併合並形成一個品質之和為它們總品質的黑洞。

你可能已經知道這一點了,但是天文學家經常提到黑洞的兩個部分——奇點和事件視界。事件視界是黑洞的“不歸路”—— 事件視界內的任何東西都會留在黑洞內。在事件視界內部,在黑洞的中心,是一個奇點——一個所有品質都混合在一起、體積接近於0的點。

所以,當光穿過黑洞的事件視界時,它會被拉進那個奇點並被困在那裡。所有被吸進黑洞的物質和光最終都會進入那個奇點,增加黑洞的品質。而且,據我們所知,他們會永遠被困在那裡。

4.當光是已知的最快速度時,黑洞是如何捕獲光的?

即使光速比宇宙中的任何東西都要快,它仍然無法逃脫黑洞的引力!為什麼會那樣呢?

愛因斯坦告訴我們,真正重的物體,比如黑洞,會扭曲它周圍的空間,從某種意義上說,會導致它“下沉”。就像這樣:空間是一塊漂亮的扁平的毯子,你可以通過抓住它的四端使之懸掛在空中。當你把重物放在毯子上,比如一塊磚,毯子會向下彎曲,這就是重物對空間的作用。當光——由被稱為光子的小能量包構成——從這些天坑附近經過時,它們試圖繞著天坑繞行,有時會“被吸進”品質所在的地方。因為這些黑洞形成的天坑非常陡峭,甚至連移動得非常快的光都無法逃脫!

5.我希望也許你能詳細說明黑洞與白洞、反物質、蟲洞之間的關係,以及進入黑洞後物質的形式或路徑(甚至是假設的)。我意識到,考慮到黑洞……古怪的存在和扭曲的物理定律,由於它的這些屬性,你能獲得的資訊是有限的,但你可以提供的任何進一步的資訊,將使我不勝感激。

你的假設是正確的!根據我們目前的理解:

A.白洞和蟲洞。

蟲洞,或時空中的“捷徑”,最初被考慮到是因為它們是愛因斯坦廣義相對論中某些方程式的解。白洞就是從蟲洞的另一邊流出來的“噴泉”。不幸的是,第一個解決方案是這樣的,如果你試圖通過其中之一,它會立即崩塌和壓碎你(也就是說,有你在它會阻止蟲洞解決方案的運作)。上世紀80年代中期,由於卡爾·薩根寫了一部小說(《接觸》;也許你看過這部電影?),穿越蟲洞的興趣被重新點燃,在這部小說裡,他需要一個可以安全旅行的蟲洞。

考慮到他是一位著名的科學家,他不想只是胡扯一些毫無意義的術語,所以他給他的朋友基普·索恩打了電話,他是加州理工學院的一名教授,也是廣義相對論的專家。索恩和他的同事們已經找到了一些方程的解,這些解可能允許蟲洞能被安全通過。唯一的問題是它們必須由所謂的“外來”物質構成,而這些物質的總能量是負的。這並不是像聽起來那麼不可能,但也不是那麼有可能!

順便說一下,關於蟲洞和通常比光還快的旅行,有一個棘手的問題,那就是任何時候你看起來比光還快,你就可以回到過去(這是愛因斯坦相對論的一個推論)。因此,如果你有蟲洞,你就可以穿越時空。這可能會導致許多令人討厭的悖論:其中最常見的一個被稱為“祖父悖論”。在這個悖論中,我們假設我是一名傑出的科學家,但卻是一個真正的卑鄙小人。我發明了一個時間機器,使用它是為了回到過去,在我祖父遇到我祖母之前殺死他。因為他死了,我的父親就不會出生,我也不會出生,這意味著我不可能製造出時間機器然後殺死我的祖父,這意味著他可以遇見我的祖母、生下我父親,繼而生下我,所以我能製造出時間機器然後殺死他,所以……你明白了!像這樣的悖論使一些人相信你不能在時間裡旅行,所以你不能以超過光速的速度旅行,但這並不像看起來那麼明確。

B.反物質。

如果反物質落入黑洞,發生在它身上的事情和發生在普通物質身上的事情是一樣的:它被拉伸和擠壓,最終只會增加黑洞的品質。黑洞是機會均等的破壞者。

C.黑洞中物質的路徑和形式。

一旦物質進入“事件視界”,它就被迫一路下降到中心的“奇點”,也就是目前的理論預測的力和密度將是無窮大的地方。那將意味著這是所有物質的終點。

然而,必須指出的是,對無窮大的預測對大多數人來說,這個理論是不完整的。如果是這樣,也許在這個物質身上還會有別的事情發生。請注意,它還是會以現在的形式被完全摧毀。然而,有些人認為,它最終會變成一種密度大得難以想象(但仍是有限的)的夸克金塊。我昨天甚至去參加了一個講座,講座的主講人是一位專攻量子力學和強引力的教授,他說,他認為進入黑洞的物質可能有助於創造出另一個宇宙!相當瘋狂,而且很難弄清楚該如何測試這些想法,但是那是當你想到黑洞時,你能得到的樂趣。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Cole Miller-禾子Mélodie

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  • 太陽系中哪顆行星最熱呢?