出版社：海南出版社 ISBN：9787544392723 商品編碼：69898508254 開本：32開 頁數：176 代碼：28 作者：張建東
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在線試讀部分章節 《黑洞是什麼 | What Is a Black Hole?》 黑洞就是一個引力很強的空間區域。任何東西——甚至連光——都因為不夠快，不能從其內部逃離。雖然這一概念初是在理論物理學家豐富的想像中被構思出來的，但現在我們已經在宇宙中發現了數百個黑洞，並且它們以百萬計。盡管這些黑洞是不可見的，但它們以一種很容易被探測到的方式與周圍環境相互作用，並對其產生影響。確切地說，這種相互作用的性質取決於相對黑洞的距離： 太近的話是不能逃脫的，但更遠的地方就會出現一些戲劇性的壯觀現像。1964 年，安·尤因（Ann Ewing）在一篇報道1963 年於得克薩斯州舉辦的一個研討會的文章中提到了“黑洞”一詞，然而她從未說明是誰發明了這個詞。1967 年，美國物理學家約翰·惠勒（John Wheeler）需要一個詞作為“引力坍縮徹底的恆星”的簡寫，於是開始推廣這個術語—— 不過坍縮的恆星這一概念早在1939 年就由他的美國同事羅伯特·奧本海默（Robert Oppenheimer） 和哈特蘭·斯奈德（Hartland Snyder）提出來了。事實上，關於現代黑洞概念的數學基礎在1915 年就已經誕生了。德國物理學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）在空間中有孤立無轉動的質量的條件下解出了愛因斯坦的重要方程（在他的廣義相對論中被稱為場方程）。 在此之後過了20 年，印度物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar） 研究了恆星死亡時會發生什麼。以此為基礎，英國的亞瑟·愛丁頓爵士（Sir Arthur Eddington）解決了一些相關的數學問題——比奧本海默和斯奈德的工作稍早一點。愛丁頓的計算表明，當大質量恆星耗盡所有燃料時會坍縮形成黑洞，不過愛丁頓自己在1935 年向皇家天文學會宣稱其物理含義是“荒謬的”。盡管這個概念看起來荒謬，但黑洞無疑是我們的銀河繫乃至整個宇宙物理現實的重要組成部分。1958 年，美國的大衛·芬克爾斯坦（David Finkelstein）取得了更進一步的進展，他明確了黑洞周圍存在一個單向表面。這對於我們將在下一章中討論的內容具有重要的意義。這個表面的存在不允許光從黑洞內部強大的引力中脫離，而這也是黑洞是黑色的原因。要理解這種現像是如何產生的，我們首先要理解物理世界的一個深刻的特性：任何運動的粒子或物體都存在一個大速度。 快是有多快 叢林法則之一是：不想死得快，就得跑得快。除非你異常狡猾或者善於偽裝，否則隻有足夠敏捷纔能存活下來。哺乳動物擺脫劣勢的大速度取決於其質量、肌肉力量和新陳代謝之間復雜的生化關繫。宇宙中運動快的實體所能達到的大速度是由完全沒有質量的粒子所呈現的，例如光的粒子（被稱為光子）。這個大速度被地定為每秒299 792 458 米，相當於每秒186 282 英裡，幾乎比空氣中的音速快100 萬倍。如果能以光速旅行，我將能夠在十四分之一秒內從我在英國的家中到達澳大利亞，就是一瞬間的事情。從離我們近的恆星，也就是太陽出發的光隻需要8 分鐘就可以到達我們這裡。而從太陽繫外層的行星海王星出發，光子到地球的行程時間也隻有幾個小時。我們說太陽離地球有8 光分，而海王星離我們有幾光時。這會導致一個有趣的後果，如果太陽停止發光或海王星突然變成紫色，地球上的任何人發現這些重要信息都分別需要花上8 分鐘或幾小時。 現在讓我們來考慮光線從太空中更加遙遠的地方傳回地球的時間有多長。我們的太陽繫所在的銀河繫是一個長達幾十萬光年的星繫。這意味著光從銀河繫的一側行進到另一側需要幾十萬年。離本星繫群（銀河繫是其中的重要成員）近的星繫團， 也就是天爐座星繫團，離我們有幾億光年。因此， 在圍繞天爐座星繫團中的某顆恆星運行的行星上如果有一位觀察者，手頭配備了恰當的儀器回看地球，可能會看到恐龍在地球上徘徊。不過這隻是由於宇宙浩瀚得令人難以置信，纔使得光的運動看起來遲緩且費時。但當我們開始考慮如何將火箭發射到太空時，宇宙規定光速是上限這一點就會帶來一種有趣的效應。
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