黑洞的預言史與第一面黑洞的諾貝爾獎

早在廣義相對論出來前,就有人提出黑洞的概念了?這些人是誰?

黑洞的預言史又是如何的呢?

今天來講講黑洞的前世今生。

最早的黑洞概念

早在18世紀,英國一位牧師米歇爾和法國數學家物理學家拉普拉斯等人就考慮過重力場強大到光線都無法逃逸的物體,

拉普拉斯就說宇宙中最明亮的天體卻很可能是看不見的,這其實就是在指黑洞。

並且拉普拉斯也給出了黑洞的半徑計算公式 

這個公式用在今天我們說的史瓦西黑洞身上的確是對的,跟用廣義相對論推導出的公式是一致的,但當時拉普拉斯是把光假設成粒子計算出來的,計算過程是不太對,但結果是對的。

再後來就是愛因斯坦發表了廣義相對論,一種全新的引力場描述的方式出現了。

利用了廣義相對論很快的又有一個人叫史瓦西,他就給出了史瓦西解,

所謂的史瓦西解就是指史瓦西黑洞,這是一個靜止的完美的球形黑洞。

但是史瓦西解告訴我們黑洞中間是一個很奇怪的點,有多奇怪呢?

這個點密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小,再者個點周圍一定範圍內的任何物質,都會被這個點吸引,當然也包括光,連光也逃脫不了,這個點就是「奇點」。

黑洞想要存在就必須證明這個人們理解不上來的奇點,它必須存在。

但這在現實世界我們是理解不上去的,所以當初人們只把奇點當作數學上的概念解,也就是現實世界很有可能是不存在的。

但隨者天文學觀測的技術發展下,發現了白矮星、中子星,人們發現原來密度真的可以無限大。

比如說中子星密度可以達每立方公分1~10億噸,是每立方公分喔!

也就是說手指甲大小的地方有1億噸的質量,這種密度也是我們無法理解的。
但就是這種無法理解的緻密天體如今也被人們證實存在了。
所以逐漸的人們開始相信,這種密度無限大的奇點是不是應該也能夠存在呢?

但很快就又有人提出質疑了,說黑洞坍縮之後會不會不存在奇點呢?

我們計算出來的奇點很可能是理想中的情況,就是在一個高度對稱的情況下的結果。

因為廣義相對論的場方程十分難解,所以物理學家都會先考慮一些對稱的情況,但真實情況恆星在坍縮時很有可能不是高度對稱的,每個地方坍縮的速度不一樣,所以最終很有可能不是坍縮成一個點,也就不能夠形成密度無限大的奇點了。

描述: C:\Users\fish\Desktop\黑洞的前世今生\羅傑·潘洛斯(羅傑·彭羅斯).jpg

這件事就是今年2020年的諾貝爾獎的得主,羅傑·潘洛斯(羅傑·彭羅斯)最先給出了證明。

他證明了只要是形成了無自轉、無電荷的史瓦西黑洞,不管這個黑洞起初是不是高度對稱的,最終都會在引力作用下,坍縮成為一個密度無限大的奇點,這就是奇點定理。

也就是說奇點定理保全了黑洞在理論上的存在,這是羅傑·潘洛斯(羅傑·彭羅斯)的獎的主要原因。

描述: C:\Users\fish\Desktop\黑洞的前世今生\霍金.jpg

說到這我們不禁得未霍金先生感到婉惜,他在1966年博士論文中把羅傑·潘洛斯(羅傑·彭羅斯)的奇點定理進行了推廣,推廣到了任意黑洞,所以奇點定理也叫

「 霍金-彭羅斯奇點定理 」 。

但很可惜霍金先生在2018年逝世了,要不然我相信今年的諾獎一定有霍金先生的一份。

描述: C:\Users\fish\Desktop\黑洞的前世今生\黑洞.jpg

直到2019年4月10號事件視界望遠鏡EHT,公布了人類首張拍攝並合成的黑洞照片,這件事絕對是諾獎級別的。

如今連小孩子都知道諾大的宇宙中存在黑洞,但是你會發現縱觀諾獎的歷史,居然沒有一個獎是直接發給黑洞的,就是因為黑洞在科學界看起來其實有點證據不足的,就差那麼一點,所以黑洞照片的出現,終於是給黑洞的探測畫上了一個現階段的句號,也在今年2020年直接頒發了黑洞的諾獎,就是上面所說的「奇點定理」。

下次來說說黑洞的形成,掰~~~~

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