黑洞为什么是红的?爱因斯坦又对了?答案是黑洞背后的超算

黑洞真的存在吗?没错,黑洞是宇宙中真实存在的天体

黑洞为什么是红的?爱因斯坦又对了?答案是黑洞背后的超算插图

2019年4月10日晚上9点整首张黑洞的照片在全球新闻发布会上亮相,这个黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。

在照片问世过程中,科学家们进行了无数的观测和计算,在震惊世界的同时,我们也对黑洞的颜色产生疑问,黑洞竟是“红”的。

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早在1915年爱因斯坦提出了广义相对论,并给出了爱因斯坦场方程1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了该方程的一个真空解,证明了“黑洞”确实存在

那么这已经被证实存在的黑洞究竟是什么颜色呢?黑洞蕴含着怎样的能量呢?爱因斯坦又提供了怎样的理论依据?黑洞照片的背后又有着怎样的技术支撑?黑洞的存在证实爱因斯坦是对的,那么答案真的是其背后的超算吗?

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黑洞是什么颜色?

照片的公布瞬时引起轰动,这让人们清楚的认识到了这个神秘又庞大的天体

通过黑洞的照片,我们不难发现,黑洞的中心确实是黑色的,但周围的一圈却是红色的,与其叫它“黑洞”,不如叫它“红洞”

对于这圈红光,科学家们也给出了相应的解释,但众说纷纭,各派的简介总归是不同的。

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按理说,黑洞本身是不会发光的,它只会吞噬周围的一切,那些光很有可能是被它吞噬的恒星,这些恒星的表面物质形成吸积气体流和吸积盘

在黑洞的引力下,吸积盘内物质落入黑洞的速度极快,物质之间的摩擦使它被加热数十亿度的高温,从而发出辐射

落入的恒星只能等待被吞噬的命运,在完全消失之前,向宇宙进行一次告别,证明自己曾经来过

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也有说法道,黑洞的前身其实是恒星,恒星表面最多的物质是,其表面膨胀,内部发生核聚变爆炸后可能演化成,然后演化而成。

而大部分恒星都是类似于太阳通体呈现红光,所以黑洞周围也呈现红光

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科学家们解释道,黑洞在照片中的呈现虽然是静态的,但实际上它是在不停旋转的,因为黑洞不是无限大的,其边界使光发生偏转,从而呈现出颜色。

而且它在吞噬天体时也并不是一瞬间吞掉,而是从最外层开始,由外而内,最后完全吞噬,说这光是被吞噬的恒星向宇宙最后的告别也并不为过。

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下面让我们看看这黑洞究竟蕴含着怎样的能量

黑洞所蕴含的能量

黑洞的引力非常巨大,它最惊人的能力就是吞噬

如果黑洞想吞噬一颗周围的恒星,它不会一口吞掉,只会从最表面开始,一点点吸干这颗恒星的一切。

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恒星表面最多的元素是,他们正在处于核聚变中,突然被吸走会形成一种吸积气体流,类似于出水口的漩涡或龙卷风的风眼,这是在吞噬口的一个漩涡,恒星以及其他物质就被会聚起来并旋转,形成黑洞的吸积盘,最后将恒星慢慢“吸食干净”

长此以往,不断反复,直至它的周围没有物质存在

其恐怖之处在于,无论多大体积的天体,都能被其瓦解

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试想如果地球遇到它,那么只有乖乖被撕碎的份了。而且地球是行星并不会发光,就算被黑洞吞噬了,也不会产生吸积流和吸积盘,这表明地球若真的被吞噬,我们甚至来不及和宇宙告别

如果我们也在被另一个文明观测,他们压根不会看到地球被吞噬,顶多能看见太阳形成的吸积盘

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黑洞是根据爱因斯坦的广义相对论被计算出来的,因此它被证明在极端条件下仍然成立。

不仅如此,黑洞是目前已知的唯一能够超越光速的存在,这并不是说它的运行速度能超过光速,而是说它的能量巨大到能够克服光的逃逸,若想将这个能量表达出来,那么就会出现超越光速的物质

爱因斯坦曾提出,当物体的运动速度达到光速时,就会穿越时空

但这谈何容易,这可是人类已知的最快的速度,人类目前的能量根本达不到驱动至光速的可能,更不要说超越光速了。

黑洞蕴含的能量如此之大,那么爱因斯坦又为什么是对的呢?

爱因斯坦提供的理论依据是什么?

1915爱因斯坦发表了有关广义相对论的演讲,他认为时间和空间是一个连续体,可以被任何有质量的东西扭曲,扭曲的结果就是引力

爱因斯坦想通过这个方程告诉我们,物质是如何使时空弯曲的,反过来,弯曲的时空又是如何使物质运动的。

当我们建立了引力就是时空扭曲这样一个印象过后,显然一个物体不同的部分受到的引力作用也是不同的,当物体只受到引力时,其运动路径是测地线,比如地球上的物体“自由下落”,就是沿着时空的测地线运动

但事实上,黑洞并不是爱因斯坦预言的,那么是谁预言的呢?

1916年德国科学家卡尔·史瓦西利用爱因斯坦场方程计算出一个解,如果大量物质聚集在空间一个点,那么就会形成强大的引力,其逃逸速度将超过光速,这就是黑洞

人类对宇宙的认知总是有限的,探索的过程中会有无数的疑问,同时也会进行不停的思考,所以人类可以不断深化对宇宙的认识和了解

黑洞庞大的质量以及周围物质的变化导致我们无法直接观测它,但科学家们发现,可以借助其他手段得知它的存在与质量

与此同时,借助当前最高的科技手段,能够观测到它对其他事物的影响。

在黑洞空间里,周围物质被黑洞强大引力吸入起始端开始时,区域时间变化为零。

那么首张黑洞照片究竟是如何拍出来的呢?让我们来了解一下这背后的技术

黑洞照片的背后有怎样的技术支撑?

首张黑洞照片的诞生背后,凝结了目前最先进的探测技术,整个过程历时十余年,动用了来自非洲、亚洲、欧洲、北美洲和南美洲的200多名研究人员,八个探测望远镜分工合作,不分昼夜观测,最终的这张图像也有可能获得诺贝尔奖

而这一切成就,都离不开视界望远镜(EHT)和背后的计算

视界望远镜(EHT)口径足达13000公里,约等于地球的直径

它存在的目的就是观测超大质量的黑洞,直接获取事件视界尺度的影像,并由科学家们进行分析。

其观测波长最终设定在1.33和0.87毫米,同时必须依赖VLBI技术,该技术可以同时观测同一目标,并整合成能形成单一影像的数据。

每个天文台得到的资料数量庞大,只能用硬盘储存,硬盘的效能对EHT的正常运作至关重要,因为当望远镜观测时,其每秒产生的数据量是以百亿位元为单位计算的。

一次普通的五天观测期间,每座望远镜会搜集约500TB的数据,整个阵列产生的数据约7PB,将装满1000至2000个硬盘。

黑洞本身是简单的天体,复杂的是黑洞周遭的环境,理论天体物理学家根据广义相对论建立了数学模型与计算机模拟

由此看来,黑洞之所以显示红色,并不是其本身呈现红色,而是光在强大引力的作用下发生了偏转

爱因斯坦场方程也成功成为后人研究天体运动的理论基础,更是成为发现黑洞的重要地基。

倘若没有超级计算与计算机建模,没有视界望远镜,没有VLBI技术……那么人类又怎么能如此直观的看见黑洞呢?

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