黑洞不是现在被证实的,虽然一直没有一张黑洞的照片,但科学界一直都认为它是存在的。
图:史瓦西黑洞
在1915年广义相对论发表几个月后,德国物理学家卡尔.史瓦西就利用广义相对论计算不旋转、无电荷的最简单黑洞的精确解。这就是史瓦西半径公式:
这个公式里G(万有引力常数)、c(光速)都是常量,带入常量后,这个公式也可以写成这样:
rs就是史瓦西半径,m是质量。
因为黑洞本身并不发光(可能只有非常微弱的霍金辐射),所以,直接探测它十分的困难。但天文学家可以通过它与周边天文的引力作用间接观测它,并且还可以计算出它的质量、大小等参数。
图:引力波探测器第一次直接观测到黑洞是在2015年9月14日,引力波探测器探测到离太阳系13亿光年以外的两个质量分别为36太阳质量与29太阳质量的黑洞并合。合并时,在不到1秒钟的时间内,将大约3个太阳的质量转换成能量释放出来,引发了强烈的空间震荡(引力波)。
图:黑洞真实照片4月10日发布的黑洞照片,实际上不是“真正的”黑洞照片,而是围绕黑洞运转的吸积盘的图像。中间的阴影也不全是黑洞,它被称为黑洞阴影。真正的黑洞在阴影内部,不到阴影直径的一半。
虫洞
虫洞又被成为爱因斯坦-罗森桥,是上世纪30年代时,这两位科学家在研究引力场时得到的一个解。虫洞被认为是连接两个时空的捷径通道。可以通过其跨越遥远的宇宙。
这就像一张纸上的两点,在纸的表面它们相距10厘米,如果这张纸是弯曲的,甚至是折叠在一起的,两个点的位置在在另一个纬度的距离就可以非常的近(见下图)。
图:两种虫洞虫洞的一头被认为是黑洞,另一头是白洞。白洞和黑洞的性质相反,它只能出不进,向宇宙喷发着能量。根据这个性质,它应该是非常容易被发现的,但现在并没有发现这样的天体。所以,虫洞很可能并不存在。事实上,爱因斯坦也对这个解不以为然,认为这只是一个数学上的伎俩。
即使虫洞是存在的,我们很可能也不能发现它。根据其性质,黑洞这一头巨大的引力就会将探测器摧毁。即使通过了黑洞,然后从白洞出去了,由于其已经跨越了数千万光年,探测器发出的信号也要历经数千万才能到达地球。实际上,我们根本接收不到这么微弱的信号。