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如果时空实际上不是弯曲的,那么黑洞是什么,爱因斯坦是如何预测它们的存在的?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-09-06 21:50:29

1783年,约翰·米歇尔牧师在牛顿物理学中预言了黑人存在的可能性。当爱因斯坦发表他的广义相对论时,他说,微分几何方程是如此复杂,很可能永远找不到精确的解。但仅仅几个月后,他就收到了卡尔·史瓦西的一封信,信中给出了真空中静态球对称场的确切解。史瓦西自愿辞去教授职务,投身于一战的战壕中。史瓦西不久后死于疾病。史瓦西解在特定的半径上有奇点,现在被称为史瓦西半径,所以在时空中似乎没有任何东西能穿过某种扭曲。

约翰·米歇尔

大多数人把它解释为,没有任何物体的密度能达到物体外的半径,这些方程只适用于物体表面以外的真空。爱因斯坦分析了一群因相互引力而聚集在一起的粒子。他发现如果它们被压缩到史瓦西半径它们的轨道速度将是c他得出结论,这将是不稳定的,所以真正的黑洞不可能存在。

印度物理学家钱德拉塞卡(Chandrasekhar)研究了相对论粒子的压力密度关系,并表明超过1.3个太阳质量时,压力和密度可以无穷大。

钱德拉塞卡

还是没有多少兴趣。爱丁顿是英国研究广义相对论的顶尖物理学家他不认为钱德拉斯克哈的解是可以形成的关于压力-密度关系的假设在高密度时会改变。同样没人感兴趣,没人认为黑洞是存在的。

但在50年代,惠勒重新燃起了对黑洞的兴趣。他考虑了在中子星中研究的实际质子和中子的压力密度关系,并表明对于2到3个太阳质量的恒星,在周长约80公里的特定大小下,重力将克服任何抵抗压力。这是因为压力是质量能量的一个组成部分而质量能量会导致重力,所以更大的压力意味着更大的重力,有一个不稳定的点使得这成为一个失控的反馈。

质子和中子的压力密度关系

但仍然没有人认为黑洞会形成,因为所有的分析都依赖于史瓦西解它没有描述黑洞是如何形成的也没有描述一个旋转的黑洞它假设了完美的球对称。恒星不是完全对称的,所有的恒星都在旋转,至少有一点,所以人们假设,如果它达到了这个不稳定的坍缩点,它的旋转速度会随着它进一步坍缩而加快,这将阻止它成为一个黑洞,又过了十年,罗伊·科尔在1963年找到了旋转黑洞的确切解,但它仍然没有描述坍缩。但在1965年,罗杰·彭罗斯对这个问题产生了兴趣,并利用纯粹的拓扑推理,证明了黑洞的中心必然有奇点。这个结论是独立于任何压力密度关系、对称性和旋转的。然后,物理学家们开始认真地把黑洞当作真实存在的东西。但又过了6年,第一个已知黑洞天鹅座X-1才在1971年被发现。通过双星轨道的质量和x射线脉冲的大小,间接确认了黑洞的存在。直到2019年4月,事件视界望远镜才拍摄到第一张黑洞的图像,这张黑洞位于M87星系中心。所以可以说,黑洞的发现至少花了188年的时间。也许246年。
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