黑洞是什么状态的物质组成的?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/15 20:26:48
黑洞是什么状态的物质组成的?
黑洞是什么状态的物质组成的?
黑洞是什么状态的物质组成的?
大部分研究者认为黑洞是极小的孔,是恒星由于自身重量塌缩后形成的遗骸.但是最近几年来,持不同意见的人提出了新的见解.他们认为黑洞实际上是一种大型天体,由处于某种特殊状态的物质构成,在塌缩过程中,它逐渐凝结而形成了黑洞,这个过程就像水变成冰一样.这一解释为研究量子引力理论提供了新思路,而量子引力理论有可能将爱因斯坦的广义相对论和量子力学统一起来.\x0d 教科书中的图片上,奇点总是被视界面所包围.视界不是物理界面,而是一个概念.奇点标志着一旦靠近就会被黑洞吞噬的点,但从相对论的角度来说,这并没有什么特别的,因为物理学定律到哪儿都是适用的.然而对量子力学而言,视界是很荒谬的,它允许信息从我们的世界中消失,这可是量子力学所不允许的.来自美国劳伦斯?利弗莫尔(Lawrence Livermore)国家实验室的物理学家George Chapline说:“你在学校中学到的几乎肯定是错误的,那种经典的黑洞时空观和量子理论是矛盾的.”\x0d 新的黑洞理论则完全抛弃了视界的概念.它的基本观点是:当其他所有作用都无法阻止恒星的塌缩时,还存在一种可行的作用力,这其实就是万有引力.对于具有某些特性的物质,万有引力将从吸引力变为排斥力.这样的物质,也被称为"暗能量",它被认为是宇宙膨胀加速的动力.\x0d 去年,南卡大学的Pawel O.Mazur和洛斯?阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的Emil Mottola提出,在恒星塌缩过程中,物质基团能像冰晶那样发生冻结.他们把这样形成的星体称为"引力星"(gravastar),它看起来就像是油炸冰激凌:寻常物质组成致密的外壳,里面裹着奇异的内核.这里外壳取代了视界的概念.\x0d 另一种理论更为激进.它不仅推测暗能量能发生冻结,还认为相对论将彻底失效.这种观点成为量子万有引力理论的一匹黑马,它的支持者认为物理基本定律和凝聚态物质(稠密气体、液体以及介于液体与固体之间物质)的特性之间有相似之处.从很多方面来说,给出声音在运动流体中的传播方程,一直是广义相对论的死结;声波被陷在流体中的现象和黑洞俘获光线很相似,也许时空实际上也是一种流体.\x0d 这个理论之所以如此吸引人,在于凝聚态物质的集体特性.单个分子的行为特征无足轻重,整个系统的特性来源于聚集过程.当水凝结成冰时,水分子并未发生变化,但集体特性却改变了,适用于液体的定律也就失效了.在适当条件下,流体可以变成超流体,但在宏观上还遵循量子力学.Chapline和斯坦福大学的Evan Hohlfeld、Robert B.Laughlin以及David I. Santiago等物理学家都认为,视界处发生类似的过程.在这里相对论方程不再适用,而出现了新的理论.Chapline说:“如果我们将时空看作一种超流体,那么很自然就可以认为,视界处发生了某种物理变化,即经典视界概念由量子相变所取代.”\x0d 目前来看,这些观点还只是一些初步的想法,批评者们指出它们还存在许多问题.例如,物质或时空在恒星塌缩时的状态变化过程究竟是怎样的?麻省理工学院的物理学家Scott A. Hughes说:"我实在不理解,普通流体构成的大型恒星,遵守很简单的密度一压力关系,怎么会变成‘引力星'这种奇怪的结构."主流量子引力理论则要完善得多.比如弦理论就能很好的解释有关黑洞的矛盾之处,同时它也没有抛弃视界和相对论.\x0d 对天文观测来说,黑洞的这个新理论似乎很难和经典理论的描述区别开,但这也并非不可能.万有引力波能显示出推算出的黑洞周围的时空形状,经典理论中的黑洞是没有表面的简单物体,它只能有两种可能的形状.在进行万有引力波观测的天文台中,如果有一个发现了某种不同的形状,那么现行的物理理论就会被这个黑洞彻底推翻.