如果让你列举出几个最熟悉的科学家,估计爱因斯坦绝对是脱口而出的第一位;

如果再让你说出几个最熟悉最感兴趣的科学术语,想必黑洞一词的出场率绝对是在前三。
爱因斯坦实际上,黑洞这一宇宙天体,最早就是从广义相对论的框架中诞生的,也就是说它是被理论预言出的天体,而当时人们对黑洞是否真实存在还有很大争议,比如爱因斯坦本人,他最早是不承认这种怪异天体的。
人类首张黑洞照片但就在2019年4月10号,晚上9点,人类历史上首张直接拍摄的黑洞照片被公布了,要知道这个意义非同小可,如果说此前数十年黑洞的存在证据都是科学家们间接获得的,那么这次就是真的找到了一个黑洞,并且对它照了个相。
这无疑是人类天文史上一次重大的事件,也同时验证了百年前爱因斯坦提出的广义相对论的正确性,虽然此前所有关于广义相对论的验证无一例外都是成功的。
从历史上看,黑洞的萌芽应该是处于牛顿经典力学时代,英国天文学家米歇尔和法国物理学家都提到过一种被称为暗星的天体,或者说一种理论上可能存在天体。
这种天体的引起极强,甚至光子都无法从它的表面逃离(这一句描述和今天很多科普文章对黑洞的描述大同小异)。
暗星但我们要知道当时还处于牛顿力学体系,光被认为是由一个个小光子微粒组成,那么关于如何束缚光子,使其不能从暗星表面溜走,其思考计算过程和预测一块飞出去的石头轨迹并没有什么两样。
在这一点上,现在的高中理科生也完全有能力将相关公式推导出来,为此拉普拉斯还特地在他的著作《天体力学》中,写上了暗星的相关介绍。
不过因后来的双缝实验被大多数物理学家所承认,导致当时科学界认为光是波,而非微粒光子。
所以之前按照光微粒得到的暗星概念,也被大家很快遗忘。

当然啦,现在我们知道光有波粒二象性(这一点还是的感谢爱因斯坦),因此从光子角度也是正确的。
波粒二象性但这并不能使得当时的暗星概念再度复燃,因为需要加入相对论效应进去,毕竟当时在拉普拉斯等人的计算中,光子动能还是按照牛顿力学中的1/2mv^2进行处理的,而相对论动能公式和这个是不一致的。
黑洞的真正意义上的开始,是从爱因斯坦提出广义相对论后开始的,1915年广义相对论出世,1915年12月,德国物理学家史瓦西给出了其引力场方程的第一个精确解,它描述了一个球对称静止不自转物体的外部时空。
卡尔.史瓦西在黑洞科普文章中出场率最高的就属史瓦西黑洞了,还有个被称为史瓦西半径的术语,大家可以理解为黑洞的半径,在这个距离上,光线一旦涉足,那么久永远不能再飞出去(这和前几段描述的暗星大同小异)。
并且这个距离还有个名字,被称为事件视界(对于史瓦西黑洞来讲,史瓦西半径所勾勒出的表面就是它的事件视界)。
讲到这,我们会得出黑洞是不能发光的这一结论,那么这次人类拍摄的首次黑洞照片又是怎么回事?按理说不应该就是一团漆黑吗?那周围那一圈橘红色的光环又是啥呢?那是黑洞周边的吸积盘散发出的光,虽然黑洞不发光,但这并不能阻止黑洞外部对外进行热辐射吧?由于黑洞强大的引力,被吸引聚集的物质将会被挤压摩擦生热,只要还没进入事件视界,那么热辐射就能传播到外界,当然了,这种高频率的电磁波一般肉眼是不可见,但我们可以利用仪器进行观察拍摄。
这次直接拍摄的黑洞是来自M87星系 该星系是位于室女座的一个椭圆星系),它和地球之间的距离大约在5500万光年,也就说是,一束光需要耗费至少5500万年,才能从M87传播到地球,因此这次拍摄到的黑洞实际上是5500万年前的景象。
此外这颗黑洞的质量也是相当惊人,大约是太阳质量的65亿倍,因此其事件视界的尺寸也是相当恐怖的,半径大约是海王星平均轨道半径的四倍多,所以这个黑洞完全可以把我们整个太阳系包进去(以八大行星为边界)。
而人类所使用的相机则是分布在世界各地的八台射电望远镜(分布地分别为:南极、智利、美国、墨西哥、西班牙等),利用相关技术可以等效出一台口径差不多是地球直径的望远镜,对这颗远在5500万光年之外的黑洞拍了一张照片(并且要注意一点,这个黑洞照片并不是立即得到的,而是经过了两年的时间才分析处理出来的,也就是说黑洞的拍摄时间是2017年四月份,直到今年2019年四月才正式发布)。
恒星演化在理论上,我们说了黑洞的独特性质,那么在演化方面呢?它是凭空出现的吗?很显然,凭空出现是不可能的(量子力学先不谈),黑洞的出现一般都是从恒星演化而来。

而这个演化的关键就在于恒星的质量,恒星质量越大,那么演化后的天体就越恐怖。
以我们的太阳为例,它在衰老死亡后最终将变为白矮星(因为它的核心质量小于1.44倍太阳质量),而对于那些核心质量在1.44倍到3倍太阳质量之间的恒星,他们的衰老死亡后将变为中子星,质量再大的恒星就将成为黑洞。
霍金辐射最后还有一点没说,那就是著名的霍金辐射,是霍金教授在黑洞研究中最重要的成果之一。
在之前的讲述中,我们似乎把黑洞描述成了一个一毛不拔的铁公鸡,但实际上并不是这样。
黑洞的只是吝啬,你要它主要吐东西出来是不可能的,但在量子力学中,却有办法从外部悄无声息的偷点东西出来。
量子涨落在空间各处都机会发生,如果恰好发生在黑洞附近呢?虚粒子对在形成后,还未来得及湮灭,如果其中的一个负能粒子被黑洞吸入,那么另一个正能粒子就将逃离黑洞(这个过程被称为霍金辐射)。
而负能粒子进入黑洞后的体现,在外部观察中,就是黑洞的质量减少了,毕竟黑洞的无毛定理已经规定:对于一个黑洞,我们只能知晓它的质量、电荷和角动量等三个信息。
黑洞无毛定理本篇文章的内容到此结束。
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说实话,我自己上学那会儿物理就没学明白,时间、空间、引力这些概念,脑子里只剩一团浆糊。
想给孩子讲几句吧,又怕讲错了、误人子弟;不讲吧,又不想打击孩子的好奇心。
尤其现在孩子上了小学中高年级,对科学的好奇心正是最旺盛的时候。
每天追着问"为什么",那股劲儿其实特别珍贵。
可咱们当家长的,确实不是万能的百科全书,很多科普知识自己都搞不清楚,更别说用孩子能听懂的话讲出来了。
我一开始也想给孩子买书,结果在书店翻了半天,越翻越没底。
那些宇宙科普书,要么是密密麻麻的专业术语,孩子翻两页就没了兴趣;要么图倒是漂亮,讲得却浮于表面,读完啥也没记住。
后来一个当老师的朋友给我推荐了一本《跟着霍金看宇宙》,我拿到手自己先翻了一遍,还真被惊艳到了。
这本书最大的好处,就是它真的站在孩子的认知水平上去讲宇宙,一点不端着。
先说它怎么讲黑洞。
书里没有上来就甩一堆公式,而是从霍金爷爷是怎么发现黑洞、怎么理解黑洞讲起,用特别形象的比喻,让孩子能"看见"黑洞在做什么。
我家孩子看完竟然主动跟我讲"黑洞就像宇宙里的贪吃怪",虽然不太准确,但那股理解和记忆的劲儿,可比死记硬背强太多了。
再说时间旅行这个更抽象的话题。
很多成年人一听都觉得玄乎,但这本书把它讲得特别接地气。
孩子看完恍然大悟,还跟我说"原来时间也会被引力拉慢呀"。
这种孩子能亲口讲出来的理解,正是我最看重的。
我觉得这本书特别适合几类孩子。
一种是那种天生爱问"为什么"、对天文特别感兴趣的孩子,能给他们一个很扎实的入门;另一种是平时不太爱看书、觉得科学枯燥的孩子,这本书的讲述方式能让他们重新觉得"原来科学这么有意思";还有一种就是咱们这些想陪孩子一起读、却自己也不太懂的家长,带着孩子一起看,正好补补课,还能顺便聊聊天。
书里的插图也很用心,结构清晰,读起来完全不费劲。
我家孩子现在每天睡前都要主动翻几页,还经常跑来给我"讲课"。
这种亲子共读的时光,可比看平板刷手机有意义多了。
而且这本书的定价也很实在,几十块钱就能给孩子打开一扇望向宇宙的窗,让孩子知道霍金爷爷那些听起来高深的理论,其实离我们并不遥远。
如果你也在为孩子选一本靠谱的宇宙科普入门书,或者发愁怎么跟孩子聊"时间""空间""黑洞"这些话题,我真的挺推荐这一本的。
能让孩子主动读、读得懂、还愿意开口讲的科普书,说实话真不多见。
趁着孩子对宇宙的好奇心正热乎,早一点给他一本合适的读物,早点点燃那颗探索的小火苗,说不定就种下了他未来仰望星空的种子呢。
这本书我自己翻过一遍,之所以敢放心推荐,还有一个很重要的原因——它讲科学,却不只是把知识倒给孩子,而是带着一种"陪孩子一起好奇"的温度。
霍金爷爷那套关于宇宙的想法,在书里被讲得既严谨又好懂,孩子读着不觉得吃力,家长陪着读也不觉得枯燥。
很多家长会纠结,孩子这么小,看这种书是不是太早了?其实恰恰相反,越早接触,越能在孩子心里种下对科学的好感。
等将来上了中学真正学物理的时候,孩子想起小时候读过的这本书,那些抽象的概念就会变得亲切起来,学起来也更省力。
如果要说一点小小的不足,那就是这本书需要家长稍微陪读几页,帮孩子把节奏带起来。
不过一旦孩子自己入了迷,后面你就会发现他根本停不下来了,天天追着你讨论外星人存不存在、宇宙有没有尽头。
总的来说,一本能让孩子主动去翻、读得懂又愿意开口讲的宇宙科普书,真的很难得。
如果你也想让孩子在这个好奇心爆棚的年纪,接触一点真正有意思、也有营养的知识,这本《跟着霍金看宇宙》是个非常不错的开始。
趁孩子这份好奇心还在,早一点把这本书带回家,说不定哪一天,他抬起头看星空的眼神,就不一样了。
这幅由“Science Of Infinity”呈现的科幻科普视觉图,以经典的“爱因斯坦-罗森桥”概念为骨架,将抽象的广义相对论具象化为一场跨越星海的视觉奇观。
画面上下各悬浮着一个壮丽的旋涡星系,标注为“星系1”与“星系2”,它们并非孤立存在,而是被一种超越常规物理距离的神秘结构紧密相连,瞬间将观者拉入星际穿越的宏大叙事之中。
时空的舞台由蓝色的网格线勾勒,这便是“时空结构”的具象表达。
在常规认知中,时空是平滑的织物,但图中它因极端质量而剧烈弯曲,形成一条漏斗状的捷径。
上方星系的核心处,一个散发着炽热橙红色光晕的黑洞作为“入口点”出现,其强大的引力场吞噬着周围一切,成为这条宇宙隧道的起点。
时空网格在此处急剧下陷,顺势延伸至画面中央,那里幽蓝与紫光交织的狭窄通道正是“虫洞”本身,它像一座桥梁穿透了时空的褶皱,理论上为跨越光年尺度的航行提供了可能,让原本遥不可及的两个遥远星系拥有了瞬间连通的契机。
穿过虫洞的奇点,时空结构在下方再次舒展,迎接旅者的是标注为“白洞”的出口点。
与黑洞的吞噬截然相反,白洞喷射出耀眼的蓝白色光芒,仿佛将物质与能量从另一端点强制释放,完成这场穿越的终章。
从星系1的黑洞入口,经由扭曲的时空咽喉,再到星系2的白洞出口,整个结构呈现出一种对称而诡谲的美感。
它生动地隐喻了宇宙中可能存在的“拓扑捷径”,即无需在三维空间中航行亿万光年,而是直接弯曲并穿透四维时空,实现超距连接。
尽管这幅图像充满视觉震撼与科学美感,它本质上仍是对理论物理的艺术化演绎。
现实中,虫洞的稳定性、负能量物质的存在以及穿越其中的物理极限,仍是未解之谜。
然而,正是这种科学与想象的碰撞,赋予了画面无穷的吸引力。
它不仅是一张图解,更是一首关于宇宙探索的史诗,激发着我们对星辰大海的无尽遐想,提醒着在人类认知的边界之外,或许正有无数这样的时空隧道,默默串联着宇宙最深处的秘密。