科学的真正问题是湖北

我们知道,现实中的宇宙黑洞,由于引力极大,连光都被紧紧吸引束缚,所以无法被人直接观察发现。为了证实黑洞天体存在的证据,天文学家通过研究发现,黑洞周围物质的行为有其特定的行为:在黑洞周围的空间中,气体物质具有超高温,在被黑洞的强引力场强烈加速后,这些物质会被提升到接近光速后才会完全消失。当气体被黑洞完全吞噬后,整个过程会释放出大量的X射线。通常,正是这些逃逸的X射线显示了这里黑洞的存在。这是过去人们发现黑洞的最直接证据。

另一方面,在一些异常活跃的超大宇宙黑洞周围,由于它们对周围物质的强烈吸引和吞噬作用,黑洞恒星周围会产生一层厚厚的宇宙气体和尘埃云,这进一步增加了观测黑洞体周围区域的难度,阻碍了天文学家发现这些超大黑洞的存在。天文学将这些极其活跃的黑洞定义为类星体。正常情况下,类星体一年吞噬的物质质量相当于1000颗中等恒星质量的总和。一般来说,这些类星体离太阳系非常远。当我们观测到它们的时候,已经是几亿年以后了,这说明这种黑洞的活动出现在宇宙早期。科学家假设这个黑洞是成长中的宇宙星系的前身,因此将其命名为“类星体”。

到目前为止,只发现了几个“类星体”黑洞。在浩瀚的宇宙中是否还有许多其他类星体有待进一步发现,天文学家在这方面的研究工作完全依赖于宇宙中X射线的全面观测和研究。

宇宙“充满”黑洞

近日,来自英国牛津大学的Arie Martinez-Saint-Singer教授介绍了他首次发现的宇宙隐藏黑洞,他表示,“从之前对宇宙X射线的观测和研究中,我希望找到宇宙中存在大量隐藏类星体的证据,但结果确实不尽如人意,令人失望。”近日,根据美国国家航空航天局斯皮策太空望远镜的最新观测,天文学家成功穿透了覆盖类星体黑洞的外层宇宙尘埃云,并捕获了隐藏的内部黑洞。由于斯皮策太空望远镜能够有效收集能够穿透宇宙尘埃层的红外线,研究人员在非常狭窄的空间区域内成功发现了多达21个类星体黑洞。

来自加州理工学院斯皮策科学中心的研究团队成员马克·赖斯(Mark Reiss)在接受媒体采访时也表示,“如果我们抛弃此次发现的21个宇宙类星体黑洞,而放眼宇宙中的任何其他区域,我们可以大胆预测,大量隐藏的黑洞将会陆续被发现。这意味着,正如我们最初推测的那样,在未知宇宙的深处,一定存在着大量超大质量的黑洞巨星,它们在星际尘埃的帮助下,在黑暗中不断发展壮大。”

宇宙黑洞包括物理黑洞和暗能量黑洞。物理黑洞具有巨大的质量,而暗能量黑洞只有巨大的暗能量而没有巨大的质量。目前每个星系中心的黑洞都是暗能量黑洞。暗能量黑洞的引力与它内部的暗能量和它的旋转速度的乘积成正比,与它的体积成反比。

1.宇宙黑洞的研究现状

天文学家通过长期观测发现,宇宙中存在一些引力非常强却没有天体的区域,这种区域被称为黑洞。黑洞是时空结构中一些深不见底的井状东西,具有巨大的吸引力,任何物体包括光都逃脱不了被吸入的命运。这使得人们对黑洞的研究变得异常困难:它既不向外辐射能量,也不显示任何形式的能量,人们根本看不到它。所以,人们对黑洞的研究,就像是在研究一种看不见的东西。

科学家认为黑洞是由一个或多个天体的坍缩形成的。当质量相当的恒星的核能(氢)耗尽,没有辐射压力去藐视引力,平衡态不复存在,恒星就会完全坍缩。质量较小的恒星主要演化成白矮星,质量较大的恒星可能形成中子星。根据科学家的计算,当中子星的总质量超过太阳质量的三倍时,将没有力量与自身引力抗衡,从而引发另一次大坍缩。如果它的质量仍然大于三个太阳的质量,那么即使是中子的气体压力也无法平衡引力,恒星将继续在其引力半径内坍缩。此时引力如此之大,包括光子在内的所有粒子都被引回到恒星本身,无法逃逸,形成了引力极强的黑洞。黑洞可以吞噬附近所有的物质。首先,它会吸引附近的物质,并绕着它们高速旋转。随着旋转速度的加快,物质变成热等离子体,逐渐接近黑洞的旋转中心;当它们最终接近黑洞时,就会被吞噬。

通常情况下,黑洞是找不到的,但也有例外:如果附近有气团,会对黑洞产生一股气流,所以气流也会暴露黑洞的位置。众所周知,气体被压缩时会被加热到数百万度,同时会产生强烈的X射线辐射。X射线观测望远镜可以探测到黑洞的存在。2004年,著名的“钱德拉”X射线观测望远镜发现了一个巨大黑洞的X射线,并将其命名为“SDSSpJ306”,它位于距离我们地球26亿光年的MS0735星团中。天文学家估计这些X射线“诞生”于6543.8+027亿年前——而大爆炸发生在6543.8+037亿年前。这说明黑洞和星系是同时演化的,两者都不会单独主导早期宇宙中恒星的快速诞生。在这次观测中,天文学家还在星系中心的“SDSSpJ306”黑洞周围发现了许多新的恒星,更多的恒星正在形成。这一发现为新兴的星系形成和演化理论提供了重要的直接证据。

科学家认为黑洞有质量。黑洞一般被旋转的热气盘包围,热气盘在螺旋运动中逐渐被黑洞吸收时会发出大量的电磁辐射。黑洞附近氢原子的谱线宽度与旋转速度有关。转速越快,氢原子发出的谱线越宽,说明黑洞的质量越大。通过对氢原子谱线的研究,发现“SDSSpJ306”黑洞重654.38+0亿个太阳,产生的能量是太阳的20万亿倍。这个黑洞如此之大,其引力范围堪比银河系。黑洞在吞噬星团的同时,也将一些热气以喷流的形式喷回宇宙,形成了两个巨大的洞穴,每个洞穴的直径约为65万光年。黑洞再次喷出的气体质量相当于1万亿个太阳质量,这种喷出已经持续了1亿年。

黑洞有大有小。超巨星黑洞的质量是太阳的几百万甚至几十亿倍。小黑洞的质量基本与太阳在一个数量级,主要由质量约为太阳10倍的恒星超新星爆发形成。超巨星黑洞位于星系中心。推测每个星系都有它们,它们的质量一般在星系总质量的0.5%左右。5438年6月+2002年10月,欧洲科学家公布了银河系中心存在超大质量黑洞的最佳证据。他们说,在过去的20年里,科学家们一直在观察银河系中心一些恒星的活动,尤其是跟踪了一颗名叫S2的恒星的轨道,最终得出结论,S2附近确实存在一个巨型黑洞。质量是太阳7倍的S2以每小时180万公里的高速,每15.2年绕银河系中心运行一周。之所以这么高速,是因为周围有黑洞,它“害怕”被黑洞“吞噬”。经过计算,这个黑洞距离地球2.6万光年,质量是太阳的370万倍。银河系中心黑洞的年“食量”不到地球质量的1%。黑洞的“食量”是根据它吞噬食物时发出的X射线强度计算出来的。科学家还提出,如果黑洞获得持续的“食物供应”,它可能会从相对安静的状态中“醒来”,变得活跃。

2.黑洞的类型

黑洞根据组成可以分为两类。一个是暗能量黑洞,一个是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大暗能量组成,内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转,内部产生巨大的负压吞噬物体,从而形成黑洞。暗能量黑洞是星系形成的基础,也是星系团和星系团的基础。物理黑洞是由一个或多个天体坍缩形成的,质量巨大。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时,我们称之为奇异黑洞。暗能量黑洞非常大,可以有太阳系那么大。但是物理黑洞很小,可以化为奇点。

3.暗能量黑洞的形成

根据科学家的计算,BIGBANG大约发生在654.38+037亿年前。大爆炸之后,宇宙形成。它由两部分组成。一个是由暗能量构成的世界,称为黑暗世界;二是物质的世界,称为物质世界。黑暗世界以漩涡场的形式存在,整个空间充斥着大小不一的漩涡场所。物理世界主要以宇宙尘埃的形式存在,不均匀地分布在各种涡旋场中。在一个星系大小的涡旋场中,宇宙尘埃绕其涡旋中心运动的总动能用Ep表示。涡旋场中的暗能量分为两部分。一部分是漩涡中心的暗能量,用En1表示。另一部分是涡旋中心外的暗能量,用En2表示。当一个星系的总暗能量用En表示时,有En=En1+En2。宇宙尘埃的运动是由暗能量驱动的。当En=Ep时,所有的暗能量都会转化为宇宙尘埃运动的动能。在这种情况下,涡旋场处于平衡状态,既不收缩也不膨胀。

下面分几种情况讨论。

(1).恒星的形成

当涡旋场中有大量宇宙尘埃时,Ep值远大于en,即暗能量的旋转负荷过重。在涡旋场旋转角速度不变的条件下,我们可以得到宇宙尘埃绕涡旋中心运动的总动能公式,如下所示:

Ep=MpVp2/2=Mp(ωR)2/2…………(6)

上式中,Vp是宇宙尘埃绕涡旋中心运动的平均速度,Mp是涡旋场中宇宙尘埃的总质量,ω是涡旋场的旋转角速度,r是宇宙尘埃到涡旋中心的平均距离。根据这个公式,当宇宙尘埃接近漩涡中心时,Ep值会降低。当Ep远大于en时,涡旋场的旋转载荷过重。在这种情况下,涡旋场必然收缩,宇宙尘埃必然向涡旋中心靠近,最后会沉积在涡旋中心,成为沉积物。随着时间的推移,漩涡中心的沉积物越来越多,最后变成了恒星。恒星形成后,当En=Ep时,其余的宇宙尘埃就无法再沉积在漩涡中心。这些剩余的宇宙尘埃将形成一个旋转的行星,在一个小的旋涡场中围绕恒星运动。

(2)星系的形成

当涡旋场较大,宇宙中有大量尘埃,en的值与Ep的值相近时,涡旋场处于平衡状态。在这种情况下,这些宇宙尘埃无法靠近漩涡的中心。这个大涡场中还有无数更小的涡场。上面提到过(1),每个小涡旋场形成一颗星,无数个小涡旋场会形成无数颗星。这些小涡旋场都随着大涡旋场旋转,从而形成星系。

(3)宇宙涡旋的形成

当涡旋场中没有宇宙尘埃,即Ep=0时,涡旋场会继续膨胀。当涡旋场中的宇宙尘埃很少时,其总动能离暗能量太远,无法阻止涡旋场的膨胀。结果会被涡旋场的旋转离心力甩出场外。最终,涡旋场中不会有宇宙尘埃。内部没有宇宙尘埃的涡旋场,其旋转角速度是均匀的。涡旋场在离心力的作用下不断扩大,其边缘的暗能量速度也在增加。但当它被大小相近的涡旋场包围时,它的膨胀就会受阻。在这种情况下,涡旋场旋转的角速度和暗能量运动的速度相对稳定,从而形成一个不断旋转的宇宙涡旋。当一颗恒星沿着这个宇宙涡旋的旋转方向进入时,它会被涡旋场的旋转力弯曲1800。然后,涡旋场用离心力把它推回去。远离太阳系的彗星可以回到太阳附近,依靠的就是这种宇宙漩涡的力量。

(4)涡旋场的分类

我们根据宇宙涡旋场的大小将其分为以下八种类型:

u涡旋场:又称宇宙涡旋场,其范围包括整个宇宙。

s涡旋场:又称星团涡旋场,其范围包括整个星团。

a涡旋场:又称星系涡旋场,其范围包括整个星系。

b涡旋场:又称集群涡旋场,其范围包括整个集群。

c涡旋场:又称恒星涡旋场,其范围局限在恒星周围,包括所有行星的轨道。

d涡旋场:又称行星涡旋场,其范围局限在行星周围,包括所有卫星的轨道。

e涡旋场:也叫卫星涡旋场,其范围局限在卫星周围。

f涡旋场:比E类涡旋场小的涡旋场。

(5)星系黑洞的形成

每个星系的中心都有一个涡旋场,称为星系的涡旋中心。根据上述星系的形成原理,在刚刚形成的时候,星系旋涡的中心并没有宇宙尘埃。在旋转离心力的作用下,自然会向外膨胀。但是它周围有很多涡旋场,所以它的膨胀受阻。各种涡旋场的旋转离心力在涡旋场边缘相互对抗,不断比较和竞争。经过很长一段时间,他们的对立力量达到了相对平衡的状态。最后,星系旋涡中心的范围是固定的。

因为星系旋涡的中心是星系旋涡场的动态中心,它所储存的暗能量是星系中最强大的。在强大的暗能量驱动下,星系旋涡中心的旋转速度越来越快,暗能量在强大的离心力作用下不断向旋涡中心边缘集中,星系旋涡中心中间地带的暗能量不断被带走,越来越少。最后星系旋涡中心内部变成真空状态,然后它的旋转速度就可以稳定下来了。星系旋涡中心的边缘形成一个由高速旋转的暗能量组成的圆盘,紧紧围绕着星系旋涡的中心。这个高速旋转的圆盘带动周围的气体运动,引起剧烈的摩擦和加热,从而成为热气体圆盘。这个内部存在真空的星系旋涡的中心是一个暗能量黑洞,被称为星系黑洞。

一个星系黑洞被一个热气体盘包围着。这个圆盘旋转有多快?在一个星系黑洞形成的过程中,其内部没有质量,即涡旋中心内部没有物质运动的动能。因此,它的虚质量为零。根据暗能量的动能公式En=MnVn2/2,当虚质量Mn=0时,暗能量在盘中的速度Vn将达到无穷大。但实际上宇宙黑洞会把物质吸进去,所以圆盘的速度不可能达到无穷大。对比光子与这个圆盘的性质,两者的质量都接近于零。以此类推,这个热气盘的转速应该接近光速。

因为星系黑洞是A涡旋场的旋转中心,所以我们也称之为黑洞。

(6).星系团黑洞

星系中有很多B涡场。当涡旋场B中有大量宇宙尘埃,且en值与Ep值相近时,涡旋场B处于平衡状态。在这种情况下,这些宇宙尘埃无法靠近漩涡的中心。b涡场中也有很多c涡场。如上所述(1),每一个C涡旋场形成一颗星,很多个C涡旋场就会形成很多颗星。这些恒星围绕着B涡旋场的中心旋转,从而形成一个星团。

每个团簇的中心都有一个涡旋场,称为团簇的涡旋中心。显然,星团旋涡的中心没有宇宙尘埃。最后,它还会发展成一个类似星系旋涡中心的暗能量黑洞,称为星团黑洞。显然,星团黑洞比星系黑洞小得多。星团黑洞的形成过程请参考第(5)部分。

因为星团黑洞是B涡旋场的旋转中心,所以我们也称之为B黑洞。

(7).星系团黑洞

宇宙中有很多S涡旋场。当许多星系聚集在S涡旋场中时,就会形成一个星系团。星系团的条件是星系绕星系团中心旋转的总动能约等于S型涡旋场的暗能量。每个星系团的中心都有一个涡旋场,称为星系团的涡旋中心。最后还发展成类似星系旋涡中心的暗能量黑洞,称为星系团黑洞。因为它是S涡旋场的旋转中心,所以也被称为S黑洞。星系团黑洞的形成过程见第五部分。

(8).宇宙中心的黑洞

宇宙是一个很大的涡旋场,叫做U涡旋场。它的范围包括整个宇宙。所以U涡旋场的中心就是宇宙的中心。宇宙中心有一个涡旋场,称为宇宙中心涡旋场。最后也发展成类似星系漩涡中心的暗能量黑洞,称为宇宙中心黑洞。因为它是U涡旋场的旋转中心,所以也被称为U黑洞。宇宙中心黑洞的形成过程请参考第(5)部分。

综上所述,暗能量黑洞可分为四种,按降序排列如下:U黑洞、S黑洞、A黑洞、B黑洞。u黑洞是宇宙中最大的黑洞,它是宇宙的旋转中心。

4.黑洞引力公式

根据上述理论,一个暗能量黑洞由两部分组成:一部分是热气盘,另一部分是被热气盘包围的宇宙真空。很明显,热气盘的内外有压力差,里面的压力比外面的压力低很多。我们用P1和P2分别表示热气盘的外压和内压,用P表示它们的正压差,所以P=P1-P2。显然,正压的方向是从热气盘的外侧到其内侧。v用来表示热气体盘的转速,En1用来表示它的暗能量。l用来表示黑洞的体积。然后,我们可以得到下面的公式:

P=KEn1V/L …………(7)

在公式(7)中,k是一个比例系数,称为暗能量黑洞的引力常数。公式(7)的意思是,黑洞内外的正压差与黑洞内的暗能量和黑洞圆盘转速的乘积成正比,与黑洞的体积成反比。

当一个物体接触一个热气体圆盘时,两者之间会有一个接触面积,用s来表示,我们用f来表示黑洞对物质的吸引力,可以得到如下公式:

f = PS = ksen 1V/L………………(8)

公式(8)是黑洞对物体的引力公式。显然,黑洞对物体的吸引力与物体的质量无关。对于一个巨大的黑洞来说,它的暗能量非常强大,旋转速度接近光速。所以这个黑洞的引力是非常巨大的。

黑洞吸引物体有一个过程。当物体在黑洞周围但没有接触到黑洞的热气盘时,物体被黑洞吸引的力面积为S=0,那么黑洞对物体的引力为F=0。意味着黑洞外物体的运动与黑洞引力无关。星系中所有的恒星围绕黑洞运动是因为黑洞是星系涡旋场的旋转中心,而不是因为被黑洞吸引。

当一个物体接触到热气体盘时,它会被黑洞吸引。然而,第一次接触时的重力非常小,而磁盘周围的空气速度非常高。在这种情况下,物体必须由光盘气流驱动并跟随它。随着物体和圆盘之间的接触面增加,黑洞对物体的吸引力也增加。当黑洞对物体的引力大于物体绕黑洞运动的离心力时,就会被吸入黑洞。这种情况说明,虽然黑洞的引力与物体的质量无关,但物体被黑洞引力吸进洞内的过程与物体的质量有关。

物体进入黑洞后,会被黑洞内部的压力包围。物体内部的压力等于黑洞外部的压力。因此,在物体的内部和外部之间形成压力差,并且可以根据公式(7)找到其值。正压差的方向是从物体内部向外部,受力区域包括物体的整个表面。于是,物体的整个表面同时受到一股极其强大的拉力,瞬间就会被这股强大的拉力撕成碎片,最后变成气态。

当一个光子进入黑洞时,它也被黑洞的引力所包围。光子内部的压力和进入黑洞之前是一样的。所以光子内外会有压倒性的压力差。结果,如上所述,光子在进入黑洞的那一刻,就会被黑洞的引力撕成碎片。因此,光子进入黑洞后,无法从中逃逸。

结论:任何物体,包括光子,进入暗能量黑洞后都会瞬间爆炸,变成气态。