原子弹之父奥本海默也是黑洞之父吗?(2)
2023-07-27 来源:飞速影视
当这种燃料耗尽时,恒星就无法再支撑自己抵抗引力塌缩。当恒星的外层脱落时,其核心迅速收缩,留下奇异的恒星残余物。残余物的性质取决于恒星核心的质量。
印度裔美国物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡 (Subrahmanyan Chandrasekhar) 意识到,对于质量小于太阳 1.4 倍的恒星核心,由于量子效应阻止粒子“挤压”得太近,引力塌缩将会停止。
这被称为钱德拉塞卡极限,低于它的任何恒星——除非它有一个恒星伴星为其提供物质——注定会以一颗被称为白矮星的闷燃恒星残骸的形式结束其存在。这将是我们的恒星太阳的命运,它在大约 50 亿年后耗尽了其核心的氢。
对于质量至少是太阳 1.4 倍的恒星核心,有足够的压力,因此在引力塌缩过程中会产生热量,从而可以触发进一步的核聚变,氢本身聚变产生的氦会形成氮、氧和碳等更重的元素。
质量最大的恒星会经历一系列的坍塌和核聚变。但奥本海默和他的学生想知道这条引力塌缩路径通向何处,从而了解宇宙最大恒星的最终状态。
1916 年,一位德国物理学家就已经给出了这个答案。奥本海默只需找出如何实现这一目标。
黑洞的两次诞生
1915 年,第一次世界大战期间,天文学家卡尔·史瓦西 (Karl Schwarzschild) 在德国军队前线服役时,得到了一本爱因斯坦的广义相对论。令人惊讶的是,令爱因斯坦震惊的是,在这些极其恶劣的条件下,史瓦西设法计算出广义相对论场方程的精确数学解。
在这些解决方案中潜藏着两个令人不安的东西——被称为“奇点”的地方,我们所知道的物理学完全崩溃了。这些奇点表明存在重力如此强大的物体,它们可以“吞噬”光。
其中一个奇点被认为是坐标奇点,可以通过一些巧妙的数学操作来消除。这个坐标奇点后来被称为史瓦西半径——在这个点上,物体的引力变得如此之大,以至于逃离其控制所需的速度大于光速。
这一单向光捕获表面被称为“事件视界”,它代表了黑洞的外边界。
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