天文科普:黑洞和蟲洞哪個更厲害,有什么共同點,又有什么區(qū)別?
來源:時空通訊
發(fā)布時間:2022-01-12
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說起來它們似乎都是洞,但它們是兩種不同的洞。一個是真洞,一個是假洞。要知哪個是真洞哪個是假洞,看了就知道。

它們的相同之處就都是極端引力導(dǎo)致的結(jié)果。

這兩個“洞”都是愛因斯坦引力場論預(yù)言的存在,是無限引力導(dǎo)致的必然結(jié)果?,F(xiàn)在黑洞已經(jīng)證實真實存在,并且被全球科學(xué)家聯(lián)合拍攝了其真容,就是那顆M87黑洞照片。但蟲洞至今還存在于理論中,沒有發(fā)現(xiàn)真實存在。

由此有了一些爭議,有人認(rèn)為蟲洞是不存在的,也有人認(rèn)為黑洞和白洞就是蟲洞的進(jìn)口和出口。但問題是,白洞迄今為止也沒有被發(fā)現(xiàn)。

黑洞的形成機(jī)制

黑洞形成機(jī)制主要是物體質(zhì)量受到極端壓縮,一直壓縮到自己的史瓦西半徑內(nèi),就會成為一個黑洞。所謂史瓦西半徑是愛因斯坦引力場的一個精確解,就是在極端引力下一個必然結(jié)果。這個理論是卡爾·史瓦西在1916年愛因斯坦廣義相對論發(fā)表不久發(fā)現(xiàn)的。

史瓦西半徑是每個物體都具有的一個臨界點,只要有足夠的壓力將自己壓縮到這個臨界點以內(nèi),就會成為一個黑洞?,F(xiàn)在宇宙天體達(dá)到這種極端壓力的有兩個途徑:一個是大質(zhì)量恒星核心極端引力收縮壓,會導(dǎo)致核心物質(zhì)極端致密;另一個就是極端致密天體~中子星,質(zhì)量達(dá)到奧本海默極限,也就是約3個太陽質(zhì)量時,就會繼續(xù)坍縮成一個黑洞。

形成黑洞的恒星質(zhì)量一般需要太陽質(zhì)量的30倍以上,形成中子星的恒星質(zhì)量一般要達(dá)到太陽質(zhì)量的8倍以上。30倍太陽質(zhì)量以上恒星發(fā)生超新星大爆炸后,極端壓力會將已經(jīng)極端致密的核心直接壓縮進(jìn)自己史瓦西半徑,就可能會留下一個3倍以上太陽質(zhì)量的黑洞;8倍太陽質(zhì)量以上的恒星超新星大爆發(fā)后,核心可能會留下一個太陽質(zhì)量1.44倍以上的中子星。

中子星由于具有極端引力,會將周邊恒星物質(zhì)吸附到自己身上,不斷增加質(zhì)量,當(dāng)質(zhì)量達(dá)到達(dá)到奧本海默極限時,依靠中子簡并壓就無法支撐自身引力收縮壓了,就會坍縮成一個黑洞。

史瓦西半徑怎么理解

當(dāng)物質(zhì)被極端壓力壓縮進(jìn)入自己的史瓦西半徑后,就會出現(xiàn)奇異現(xiàn)象:所有物質(zhì)將無限坍縮到核心一個體積無限小的奇點上,而在奇點周圍形成一個什么也沒有的極端扭曲空間,這個球形空間就是史瓦西半徑,又叫事件視界。

在這個球形空間里,引力達(dá)到無限大,任何物質(zhì)都無法逃脫,包括每秒約30萬千米的光。

史瓦西半徑的大小與質(zhì)量成正比,計算公式為:R=2GM/C^2。這里的R表示史瓦西半徑,G為引力常量,M為物體質(zhì)量,C為光速。根據(jù)這個公式,可以從物體質(zhì)量,計算出其史瓦西半徑;也可以從觀測到的史瓦西半徑,計算出物體的質(zhì)量。

任何物體都有自己的史瓦西半徑,如太陽的史瓦西半徑為2952米,地球的史瓦西半徑約為9毫米,一個原子的史瓦西半徑約為1.48*10^-37米。

理論上可以有極小的黑洞,宇宙大爆炸時可能產(chǎn)生過許多極小的原初黑洞,但根據(jù)黑洞蒸發(fā)理論,越小的黑洞蒸發(fā)越快,越大的黑洞蒸發(fā)越慢,因此那些原初黑洞很可能蒸發(fā)殆盡了,現(xiàn)在宇宙中沒有發(fā)現(xiàn)這些黑洞,最小的恒星黑洞也大于3個太陽質(zhì)量。

而1個太陽質(zhì)量的黑洞蒸發(fā)殆盡需要10^64億年,10億噸質(zhì)量的黑洞史瓦西半徑只有1.48*10^-18米,蒸發(fā)卻要萬億年,而千噸級黑洞蒸發(fā)只要1秒鐘,原子級黑洞瞬間就沒了,因此這類小黑洞無法對人類造成影響。

大質(zhì)量黑洞永遠(yuǎn)吃不飽

黑洞的主要功能就是吃掉各種物質(zhì),而且永遠(yuǎn)也吃不飽。越大質(zhì)量的黑洞吃東西越快,一旦進(jìn)入了其史瓦西半徑極端引力場,任何物質(zhì)都無法逃脫。現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)最大質(zhì)量黑洞編號為SDSS J073739.96+384413.2,其質(zhì)量是太陽的1040億倍,相當(dāng)半個銀河系的質(zhì)量!

被科學(xué)家們拍出第一張照片的黑洞叫M87黑洞,是太陽質(zhì)量的65億倍,每10年可以吞下一顆太陽質(zhì)量;最近發(fā)現(xiàn)一個340億倍太陽質(zhì)量的7黑洞叫J215,每天都可吞噬1個太陽質(zhì)量。要知道太陽質(zhì)量為1.9891*10^30kg,相當(dāng)33萬個地球質(zhì)量。

蟲洞形成機(jī)制

蟲洞的形成也是基于引力場,但蟲洞不像黑洞是一個天體實體,而是一個由于時空強(qiáng)力扭曲形成的空洞,這個空洞是一個時空隧道,讓兩個相隔遙遠(yuǎn)的時空變得更近,讓時空旅行成為可能。蟲洞的概念最早由奧地利物理學(xué)家路德維?!じトR姆提出,后來由愛因斯坦和納森·羅森將其納入引力場理論中,又被稱為愛因斯坦~羅森橋。

因此蟲洞是一個空洞,是一個時空隧道或者說連接時空的橋梁。

在我們宇宙中,充滿著各種各樣的天體,它們的質(zhì)量和運動擾動著周邊時空,這些看不見的時空我們可以想象為大海,由于天體的擾動在這片大海中存在著許多漩渦,這些時空漩渦中心有時會產(chǎn)生一個小洞,直通水底,如果人們從這個孔中鉆入,就能夠更快到達(dá)水底。

這種時空漩渦會將兩個相隔遙遠(yuǎn)的空間連在一起,如果能夠進(jìn)入這個時空隧道,就像火車鉆山洞一樣,無須提升速度,也能夠更快到達(dá)遠(yuǎn)方目的地。還有的認(rèn)為這種時空隧道可以連接平行宇宙,從而跨越宇宙界限。

蟲洞還是虛構(gòu),黑洞早就被發(fā)現(xiàn)

到現(xiàn)在為止,蟲洞并沒有被發(fā)現(xiàn),而黑洞早就已經(jīng)證實存在了。2017年,科學(xué)家們還為遠(yuǎn)在5500萬光年的M87黑洞拍攝了照片,看到了黑洞的真面目。黑洞的發(fā)現(xiàn)和研究,讓愛因斯坦廣義相對論的預(yù)言又得到了一次證實,讓許多科學(xué)家獲得了諾貝爾獎。

總體上說,黑洞是一個單個天體實體,而蟲洞只是一種時空現(xiàn)象。因此蟲洞與黑洞完全不是一碼事,就像廚師和理發(fā)師一樣,一個為人們提供食物,一個為別人剪頭,你說誰更厲害?




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