怎 樣 探 索 黑 洞 ？

cowlo

令科學家吃驚的是，它的年齡非常古老，在宇宙極其年輕的時候，它就生成了。
《國家地理雜誌》說，若以宇宙為100歲的年齡比喻，這個黑洞是在宇宙6歲的時候形成的。
現有科學理論無法解釋如此質量巨大、能力極強的黑洞為甚麼在宇宙的很早時期形成，
因此科學家認為此發現將會改寫物理學。

sam888

說到黑洞

什麼是黑洞呢?


現在意義上的黑洞，是廣義相對論的愛因斯坦場方程一種解

                 1
         R    - ── g    R = κ T         --------愛因斯坦場方程
          μν   2    μν        μν


一 黑洞的性質


一般來說 我們根據黑洞的性質 可以分成以下幾種黑洞
╔════════════╦══╦══╦══════╦
║黑洞種類                ║質量║電荷║角動量(旋轉)║
╠════════════╬══╬══╬══════╬
║1.Schwarzchild 黑洞     ║ 有 ║沒有║    沒有    ║
╠════════════╬══╬══╬══════╬
║2.Reissner-Nordstr螌黑洞║ 有 ║ 有 ║    沒有    ║
╠════════════╬══╬══╬══════╬
║3.Kerr 黑洞             ║ 有 ║沒有║     有     ║
╠════════════╬══╬══╬══════╬
║4.Kerr-Newman 黑洞      ║ 有 ║ 有 ║     有     ║
╚════════════╩══╩══╩══════╩

因為我們目前認為黑洞可以被這三種性質唯一決定 這也叫無毛定理

二 黑洞的結構

我們就拿Schwarzschild黑洞來說好了

愛因斯坦方程的解 會是一個叫作度規的東西

他刻化了時空中的每一的附近的微小線段的長度

也就是他決定了時空的結構

它是長這樣的
2  2     2GM     2      2GM   -1  2  2   2    2     2
ds=c (1- ═══)dt -(1- ═══)  dr -r (dθ+sin(θ)dφ)
          rc^2           rc^2


G:重力常數 c:光速 M:黑洞質量 r:在r>2GM/c^2 時候是以黑洞當中心座標半徑

我們可以看到在r=2GM/c^2 上面 這一個地方有很奇怪的事情發生

那就是會有一個好像是發散的情形發生

這種發散 其實是有物理意義的 他其實就是一般我們會說的黑洞的"表面"

他叫做event horizon 我們在很遠的地方看黑洞的時候

我們會看不到 event horizon內部的東西

Schwarzschild黑洞的event horizon是一個面

而其他種類的黑洞 可能會是一個環 或者可能是雙層的event horizon


三 黑洞的熱力學

這是比較近代才出現的理論

我們把熱力學的概念運用到黑洞當中

這其中也融合了 熱力學 量子力學 廣義相對論的很多概念進來

既然熱力學有四種定律

那黑洞熱力學有什麼定律呢?

黑洞熱力學第零定律：黑洞在event horizon上面的重力都相同

黑洞熱力學第一定律：黑洞的質量的增加將當於重力乘上面積增加加上

                    event horizon的自旋角速度乘上增加的角動量(對黑洞作功)

                            κ
                     δM= ═══δA+ΩδJ
                           8πG      H

    熱力學第一定律    dU=TdS+PdV



黑洞熱力學第二定律:獨立系統的黑洞event horizon的面積不會變小

黑洞熱力學第三定律:黑洞表面重力不會是0


在這邊 我們可以看到熱力學跟黑洞熱力學的相似性

溫度 相當於重力
熵   相當於event horizon面積
還有互相對應的一些公式

四 量子效應

改天再打好了 太冷想念棉被中

--
  -1       μν ╴   μ
L=─ F    F    +Ψ(iγ (懢 +ieA  )-m)Ψ
   4  μν               μ    μ

sam888

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黑洞首張照片隆重亮相
4月10日，科學家在全球同步公開首次拍攝到的黑洞照片。


為了拍攝這張照片，科學家利用橫跨四大洲的八座射電天文台組成的網絡觀測黑洞、
收集數據，然後經過電腦分析、合成圖片。


照片上的黑洞位於距離地球5500萬光年的一個星系，最大直徑約400億公里，
相當於地球的300萬倍，科學家稱之為”怪獸”。


過去幾十年，科學家以至電影導演一直在猜想、研究黑洞的真正樣子。
此次參加拍攝的英國倫敦大學學者尤西（Ziri Younsi）認為，
拍照結果證明，黑洞的樣子和想象差不多。


不過，拍照只是第一步。科學家還要研究黑洞四周的光環是如何產生的，
也要研究物質被吸進黑洞後的命運怎樣。

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比太陽大65億倍的黑洞
最初提出為黑洞拍照的荷蘭奈梅亨拉德堡德大學（Radboud University）教授法爾克（Heino Falcke）介紹，
這張照片的主角位於一個稱為M87的星系。


他接受BBC訪問時說，這個黑洞的體積比我們身處的太陽系還要大。
「它的體積是太陽的65億倍，也是目前所知的黑洞中最重的一個。」


法爾克形容這個黑洞四周的光是個「火圈」，包圍著一個黑色的點。
這些光線由一些正被吸入黑洞的高溫氣體發出，
光線比宇宙其他星體發出的光線都要亮，因此我們在地球也能看見。


照片中黑色圓圈的外圍就是光線被吸進黑洞的地方。
的引力十分大，連光線都逃不過被吸進去的命運。

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科學界日前發表人類第一張黑洞的照片，吸引了全世界的關注，而完成這項創舉的科學家團隊中，
一名29歲的女科學家扮演著關鍵的角色。


一個星期前，博曼（Katie Bouman）還是一位寂寂無名的美國科學家，
而隨著黑洞的照片亮相，她也一炮而紅。博曼的工作是帶領其他科學家，
編寫程式處理望遠鏡收集得來的資料。


對她來說，科學界成功拍攝黑洞的照片，代表她成功完成這個外界本來視為不可能做到的事情。


她接受採訪時不忘虛心地說，那不單是她一個人的功勞，沒有她的團隊，她不可能完成任務。

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optical

銀河系直徑巨大（大約621,000,000,000,000,000英里）。
如果以光速來測量的話，大約要用10萬光年才能橫穿銀河系。


相對而言，我們地球的赤道直徑只有7926英里。

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