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到目前为止,人类观测到黑洞的直接证据么?是什么时候发现的?
目前你所看到的黑洞图片全是想象的,是艺术家的作品,而不是真实的图片。因为黑洞的体积太小,巨大的引力把众多的恒星引到它周围,又不断的吞噬各种物质,包括光,把它掩盖了。
黑洞论证的由来
自从1915年,爱因斯坦大神发表了场方程,建立了广义相对论。
R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv(Rμν-(1/2)gμνR=8GπTμν/(c*c*c*c) -gμν)
在同年,一个远在第一次世界大战前线的德国炮兵上尉:卡尔·史瓦西 Karl Schwarzschild迷上了这个方程式,开始了疯狂的计算,得到了场方程的第一个精确解,一个特殊解。
此即球对称外引力场的史瓦西解。
基于这个解,确认了如果太阳压缩到半径3公里以内,或地球压缩到巧克力豆这么大时,中心点的时空会弯曲到无穷大,时空弯曲成为一个无论在那个维度都是“向下”的深深的洞。
这算是黑洞概念的第一次确定的提出。
史瓦西还给出了一个半径公式:
所谓“眼见为实”,证明一个物体存在的直接证据就是看到了,当物体反射的太阳光经过角膜、晶状体、玻璃体等的透射以及折射,再投射到视网膜上时,就被人眼看到了,这是日常人眼“探测”到物体的原理。
同理,太空探测器的探测恒星以及行星也是类似的原理:
1、电磁波反射探测。电磁波包括了无线电波、红外光、紫外光、可见光等,著名的哈勃望远镜就是探测紫外光到近红外光整个波段,戈达德高解析摄谱仪主要工作在紫外波段。这是直接观测。
图示:哈勃望远镜
2、引力波探测。所谓引力波形象的理解就是在太空中的波纹,根据爱因斯坦广义相对论原理,大质量的天体会产生时空弯曲,当两个大质量的天体相互旋转时,所引起的扭曲的时空也在运动,这就产生了空间涟漪,即引力波。通过探测大质量天体引起的引力波就可以探测到大质量的天体。这是间接观测。
图示:黑洞想象图
1、通过伴星等天体发现。
原理是这样的,如果一只小狗一直围绕着一个点在绕圆圈,即使我们无法看到牵着小狗的绳子和圆心,但我们可以想象出这个小狗必然被一根系在圆心处树桩上的***绳子牵引着。
人类最早发现的天鹅座X-1黑洞就是这么发现的,天鹅座X-1座中一颗巨大的蓝色星球就是被一个探测不到的天体牵引着绕圈,科学家猜想充当中间“树桩”角色的就是一颗约10倍太阳质量的黑洞。
2、通过引力波探测。
我们都知道,***系的主宰是一个超大质量的黑洞,整个***系都在围绕着它运行,另外我们还知道,黑洞是一种密度极大、时空曲率极高、体积极小、引力极强的天体,在黑洞的***视界之内连光都不能逃脱,也就是说,我们是看不见黑洞的。那么问题就来了,既然我们看不见黑洞,那凭什么说黑洞就是真实存在的呢?
事实上,至今为止,黑洞都没有被直接观测到,但科学家们通过其他的方式找到了黑洞存在的最直接的证据!我们先上图。
上面这张图是美国加州大学洛杉矶分校的科学家,利用夏威夷岛上的凯克望远镜,对***系中心的一些巨大的恒星进行了长期追踪,花了20年的时间绘制而成。解释一下,图中心的那个五角星就是***系的中心位置(它是画上去的,事实上那里什么都看不见),其他的那些光球就是***系中心附近的恒星。
从上图我们可以看到,***系中心的恒星都在围绕着一个未知的天体进行公转运动。众所周知,地球之所以围绕太阳公转,是因为太阳的质量远远大于地球,同理,这个未知天体的质量也应该远远大于围绕着它公转的恒星。虽然这个未知的天体看不见,但是那些明晃晃的恒星却非常容易观测到,科学家可以直接测量到相关恒星的质量,并利用物理学的相关公式,计算出这个未知天体的质量,通过计算,得出这个未知天体的质量约为420万个太阳的质量。
得出了质量后,现在再来看看这个未知天体的体积。我们可以看到,在这些恒星中,有几个恒星的轨道几乎是擦着这个未知天体的边上而过,这就说明这个未知天体的体积是相当的小。这很好理解,如果它体积大了,当恒星运行到它附近的轨道时,就会被吞噬掉。同样的,科学家根据对相关恒星的测量数据计算出了这个未知天体的半径约为1200万公里。
现代物理学指出,当一个物体的半径小于其史瓦西半径时,就被称之为黑洞,比如说地球的史瓦西半径约为0.9厘米,也就是说把地球这么大质量的物体,压缩成半径0.9厘米的球体,地球就成了黑洞。其计算公式如下:
人类观测到黑洞的证据,是上世纪末期发现的
1783年英国天文学家米歇尔提出了黑洞***说,几经沉浮,最后得到了多数科学家的认可。由于它太神奇,直到上世纪80年代,人们还认为是一个科幻存在。
哈勃拍摄的两个黑洞图片
由于黑洞无法被直接观察到,于是人们想到了用间接的办法寻找黑洞。如果有物质落向黑洞,当它接近黑洞时会围绕黑洞***高速旋转,运动轨迹呈盘状或喇叭状,同时释放出高能X射线。下图为钱德拉望远镜拍摄的图片:
正如预计的那样,通过钱德拉X射线望远镜和巨型阵列射电望远镜,天文学家鉴别出几百个黑洞。哈勃望远镜对某些黑洞进行了计时,发现它们的旋转速度达到每小时100万英里。天文学家利用间接的方法验证黑洞周围的漩涡吸集盘,收集到很多美丽的图片。如下图:
科学家还认为可以通过伽马射线爆发观测黑洞。现在空间望远镜可以每天都会发现伽马射线爆发,经过计算机处理后,发现伽马射线中心有一个直径只有几十英里的物体。科学家认为这可能是黑洞正在形成。
天文学家们利用牛顿运动定律,知道了围绕中心物体的恒星的运动速度后,就能计算出中心物体的质量。如果中心物体质量的逃逸速度等于光速,那么光线也不能逃离,这就间接证明了黑洞的存在。
但是,到目前为止,人们还没有取得黑洞的直接观测图像。
证据是什么意思?
证据是指用来证明某个事实或论点的材料、信息或数据。它可以是直接的、间接的、物质的或非物质的。证据在法律、科学、历史研究等领域中起着重要的作用,它可以支持或反驳某种观点或***设。
有效的证据应该具有客观性、可靠性和可重复性,能够提供充分的信息来支持或推翻某种主张。
在法庭上,证据是法官和陪审团做出判决或裁决的基础,而在科学研究中,证据是验证和推进知识的关键。
中国人是什么时候知道地球是个球的?
我认为最早认识到地球是球体形状的人是惠施。
惠施是大致出生于公元前370年,是名家代表人物之一,与庄子是同时代的人,他两人也是挚友,但观点有很多不同,经常争论。
在庄子天下篇里记录了惠施的十大辩题,其中有一个是"南方无穷而有穷"。推断是为了批驳墨经的一些观点而提出出。
但“南方无穷而有穷”却很难理解,虽然惠施已经提出无穷大、无穷小的概念,可以理解成南方作为一个抽象名词是没有穷尽,或只要宇宙空间无限大,南方是没有边界,但作为地球而言,具体的南方是有边界的。因为当时人们地理概念是“天圆地方”。
但是有一种可能的解释是,惠施已经认识到地球是球形的,因此如果你一直向“南方”笔直”的前进,那绕着球体一圈一圈地走可以永无止境,但实际上到了南极点后,你再往前走实际上已经向北走了,因此南方是有终点的。
名家的思想是很高深而有逻辑的,可惜他们著作都己散失了。
喜欢看《三国演义》的朋友,大概都知道诸葛亮的一句诗:苍天如圆盖,陆地似棋局。不过这句诗未必是诸葛亮创作的了,而很可能是,明朝时的罗贯中写的,这就是很好的反映了古人对世界的认识,体现的也是“天圆地方”的说法,也就是所谓的“盖天说”了。这种说法长期统治了中国人对世界形状和情况的认识,可以说直到一百多年前,我们中国人几乎还都是这样的认知。即便是现在,如果你去问一位不识字的60岁以上的老人,很可能他也不认为地球是圆的,因为以前留下来的天圆地方的观念在人们的思想中根深蒂固,再就是现实中的对照,大地看上去明显是平的嘛,即便是在山区,那也是高高低低的地形,根本不像是个球啊!
但是在近2000年前,我国有一位古人不知道通过什么现象认识到地球是个圆的。这个人就是我国汉朝时期的著名科学家张衡了,他在自己所作的《浑天仪注》中写道:“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡中黄,孤居于内,天大而地小,天表里有水,天之包地,犹壳之裹黄,天地各乘气而立,载水而浮…”
张衡所说的正是他对这个世界在宏观上的认识,我们称之为浑天说,张衡认为天和地就像一个鸡蛋一样,天就像鸡蛋外面的蛋清,地就像鸡蛋里面的蛋黄,《晋书.天文志》中还记载说张衡“作铜浑天仪,于密室中以漏水转之,令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰:璇玑所加,某星始见,某星已中,某星今没,皆如合符也!”说张衡制作了一个浑天仪,可以用水流动的力量推动它运行,而随着浑天仪的旋转,我们可以看到星体的运行规律,到了某个时间,哪一颗星会出现在天空中,浑天仪皆能模拟,这样来看就很显然了,这个浑天仪的中心一定是地球,日月星辰在围绕着地球旋转,很明显这就是一种地心说,同时也说明张衡认为地球确实是圆的,所以如果说哪一位中国人最早认识到地球是圆的?只有说是张衡才能拿出充分的证据。
然而不知道是什么原因,张衡的浑天说并没有为太多的人所接受,张衡之后的浑天说并没有发展到广为认知的地步,时间一直到明末清初的时候,一些西方传教士来到中国后才带来了地心说和日心说等说法,中国少部分士大夫阶层的学者开始接受这种新的学说,但是开始向人民大众普及的阶段却只发生在100年前,清朝晚期以及民国时期向西方学习的潮流,让国人渐渐认识到很多西方人已经掌握的科学知识,地球是圆的这种说法才开始流行。
在天文学方面的研究上,不得不说历史上西方的确一直领先于我国,西方第一个认识到地球是圆的科学家应该说是亚里士多德,他几乎在张衡之前400年就知道了地球是圆的,证据是他认为月食是地球在月球上的投影,通过投影他发现地球是个圆的,这是非常科学的证明地球是圆的证据,所以不得不说亚里士多德也是一位伟大的古代科学家。
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