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引力是我们所知的将宇宙凝聚在一起的四种基本物理力之一（与电磁力、弱核力和强核力一起） ， 是我们每天都能看到和感受到的东西 。 在最高层次上 ， 它是造成我们世界、太阳系、银河系和我们用望远镜所能看到的整个宇宙的可见结构的力量 。
【货运|黑洞：时空之眼】也许没有任何地方能像我们称之为黑洞的形式那样充分体现引力的全部力量 。 1916 年 ， 德国物理学家卡尔·施瓦茨柴尔德 (Karl Schwarzschild) 采纳爱因斯坦的广义相对论 ， 并首次用它来制定数学来描述黑洞 。 直到 1958 年 ， 美国物理学家大卫·芬克尔斯坦 (David Finkelstein) 才给我们提供了黑洞的现代概念：太空中的一个真正的“黑洞”——一个引力如此之大的地方 ， 以至于任何物质都无法逃脱 ， 即使是光粒子 。
广义相对论的爱因斯坦场方程 (EFE) 可以表示为：
Rμν ? 1/ 2 Rgμν = 8πGTμν
Rμν是 Ricci 曲率张量 ， R是标量曲率 ， gμν是公制张量 ， G是牛顿引力常数 ， Tμν是应力-能量张量 。 张量描述了物体在时空中的几何形状 。
黑洞可以在史瓦西半径的等式中以数学方式表示：
Rs = 2?G?M / c2
这里 ， Rs 是史瓦西半径 ， G 是万有引力常数 ， M 是恒星的质量 ， c 是光速（每秒 186000 英里） 。
离我们最近的黑洞可能是双星系统 V616 Mon 中的 A 星 ， 距离我们近 2800 光年 。
我们自己的太阳（“Sol”）的质量还不足以成为黑洞 。 大约 50 亿年后 ， 太阳将耗尽其氢燃料 ， 首先缓慢膨胀成一颗温度较低的红巨星 ， 将包围 4 颗内行星 ， 然后坍缩成一颗暗淡的白矮星 ， 最终“溶解”成星云 。
然而 ， 质量比太阳大 20 多倍的恒星还有另一个来世机会：转变为黑洞 。 与较小的恒星一样 ， 这些巨大的恒星也会在宇宙学时间里通过将氢融合成氦来耗尽它们的氢 。 当氢消失时 ， 恒星会聚变氦 ， 然后不断地融合铁等更重的元素 ， 直到聚变不再产生足够的能量来支撑恒星的外层. 这些层向内坍塌并产生被称为超新星的大规模恒星爆炸 。 银河系中每 50 年左右就有一颗恒星变成超新星 。 在猎户座星座中 ， 被称为参宿四的恒星被认为是超新星的一个很好的候选者 。 在大约 430 光年之外 ， 它太远了 ， 不会对地球生命造成任何伤害——我们需要在大约 50 光年之内才能担心辐射——但它将成为我们夜空中除月球之外最亮的物体.
在这次巨大的爆炸之后 ， 爱因斯坦的方程预测 ， 如果质量至少是我们太阳的 3 倍 ， 引力将足以让它重新坍缩在一起并创造一个奇点：空间中一个无限小、密度无限的点 。 这就是一个黑洞 。
任何有质量的东西 ， 包括光 ， 都会在黑洞靠近时被拉向黑洞 。 如果质量足够接近 ， 它将螺旋下降到黑洞中 ， 最终增加其质量并使其增长 。 这个“不归点”被称为事件视界 。
虽然当你掉入黑洞时你不会注意到任何特别的事情 ， 但从远处看着你的人永远不会看到你穿过事件视界 。 相反 ， 您似乎放慢了速度 ， 并在外面徘徊 。 你会变得越来越暗 ， 越来越红 ， 直到你实际上消失在视线之外 。 就外界而言 ， 你将永远迷失 。 钱德拉 X 射线天文台太空望远镜自 1999 年以来一直在地球上空 65000 英里的轨道上运行 ， 已经发现了银河系中部存在许多黑洞的证据 。 长期以来 ， 我们银河系中心的黑洞扩散一直是一种理论 ， 人们还认为几乎每个螺旋和椭圆星系的中心都包含所谓的超大质量黑洞——一个奇点可能等于数十亿个太阳质量 。 这个超大质量黑洞的位置对应于一个称为人马座 A* 的紧凑型天文无线电波源 。
尽管黑洞看起来是空的空间 ， 但它们绝对不是 。 它们代表了宇宙中一些最庞大的质量集合 ， 而它们创造的这种“缺失”只是一种幻觉 。 由于巨大的引力 ， 即使是光也无法逃离事件视界 。 然而 ， 斯蒂芬霍金爵士在 1970 年代使用量子物理学表明 ， 黑洞不会简单地吃掉一切而没有后果：它们还会产生后来被称为“霍金辐射”的东西 。 20 世纪下半叶 ， 不同的物理学家团体提出了一些收集这种霍金辐射的潜在方法 ， 包括用“桶”接近事件视界或将超强弦降低到辐射场中 。 现代材料科学的局限性使所有这些想法都纯属理论 ， 但随着时间的推移和足够的研发 ， 我们或许能够开发出既能承受黑洞引力又能承受霍金辐射的极端热量的工具 。 实际上由黑洞活动产生的一种宇宙神器是强大的类星体 。 这些令人敬畏的能量产生事件是在活动星系的中心产生的 ， 在那里一个超大质量的黑洞迅速吞噬了大量的物质 。
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