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由于史瓦西死得太早,没有来得及做更多研究。
而且史瓦西解刚提出来的时候,没有引起太多重视,对当时的人来说,真的有点难以理解,怎么会有一个密度无限大的奇点?
啥玩意?!
而且宇宙学或者天体物理学并没有发展到对应的层次。最少要知道电子简并压下的白矮星,以及中子简并压下的中子星之后,才能进而从理论上推测黑洞的存在。
这是一个挺长的过程,大概1939年,才由奥本海默盖棺定论(后续还要继续等待天文观测)。再之后就是霍金等人对黑洞的更深一层研究。
而目前连中子都没被发现,很难从形成机理上去讨论黑洞。
不过倒是可以针对黑洞的一些奇特性质进行讨论。
于是李谕写了一篇关于广义相对论下黑洞解的一些有趣的性质预测。
比如那个很多人都知道的黑洞事件视界:只要物质进入事件视界以内,就别想出来了,只能被吸到奇点。
还有就是,事件视界以内时空坐标是互换的,事件视界其实是个等时面。在常规意义上,一个圆形,从边到圆心,是个空间下的半径;但对于黑洞来说,从事件视界到奇点,却是个时间坐标。
这个性质仔细琢磨琢磨蛮有意思,也很重要。
奇点成了时间的终点,而时间是不能回溯的,只能向前(向前的速度可以变化),因此物质进入事件视界只能奔向奇点。
假如你开着飞船掉进黑洞,不管向哪个方向加大引擎马力,只会让你更快地掉到奇点,因为那是时间的流向。
这就导致事件视界与黑洞之间必然是真空状态,——任何东西都掉入奇点了。
另外,李谕还在文中讨论了一下引力红移。
他早在第一次去哈佛天文台时,就提到过红移。
简要复习一遍,红移就是离我们远去,从物理学的角度说就是波长变长。
挺好理解,生活中的例子就是一辆汽车向我们驶来然后离去。向我们驶来,音调会变高,即频率变大,波长变小,蓝移;离我们远去,正好反过来,音调会变小,即频率变小,波长变大,红移。
这是最常见的多普勒红移,但知道原理就足够,举一反三呗。
黑洞导致的是相对论下的引力红移。
也不难理解。
咱主要讨论光。
首先记住一点,光子从诞生之初的设定就是速度永恒不变(没有质量),永远是光速c。
黑洞属于强引力场,光子想要逃脱引力的束缚需要付出代价。由于光子的速度不变,根据光子的能量公式:E=hf(f就是频率),它只能牺牲一点自己的频率。
——频率降低,波长不就增加了,也就是红移。
理解到这一步,就自然而然能够明白引力时间膨胀。
看过大名鼎鼎的《星际穿越》的应该记得,主角在太空中寻找适宜人类居住的星球过程中,曾到过一个强引力场下的星球,在星球上只停留了很短时间,外面已经过去好几年。
这就是强引力场中的时间变慢,即引力时间膨胀。
同样不难理解:时间的定义就是铯频率,1秒为9192631770个周期。
强引力场下,频率变慢,一秒钟不就变长了。
物理学的好处就是如果只讨论物理意义,没有那么深奥,也很有意思,比较容易科普,长很多见识。
数学相对而言就复杂太多,纯粹考验智商,会就是会,不会就是不会。推导过程又不能省略或者出错,听个高考最后一道大题的解析只要稍不留神就会跟不上,就不用说更高深的数学了……
李谕仅仅讨论了这些黑洞性质的推广内容,对于当下的场方程来说已经非常有深度。
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