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admin8个月前375浏览量

摘要:人类初次黑洞相片是科学史上的又一个里程碑,事情视界(Event Horizon)被更多的人所了解。本文从经典力学的视点,测验核算黑洞事情视界的尺度,发现仅为史瓦西半径的一半,给出差错发作的原因。

关键词:黑洞相片,事情视界,史瓦西半径

1、导言

昨夜发布的人类初次黑洞相片刷爆了互联网和朋友圈。所谓的黑洞相片能看到的其实是黑洞外层的吸积盘,而黑洞本身因为光学无法逃离而不可能被直接观测到。

人类首张黑洞相片

咱们一般所说的黑洞,指的是一个体系,在这个体系鸿沟,逃逸速度到达了光速,这个鸿沟便是事情视界(Event Horizon)。事情视界的巨细与天体的质量有关,史瓦西发现,当天体半径小到必定的程度,天体就会在本身引力效果下发作崩塌,连光线都无法逃逸出来,这个半径便是闻名的史瓦西半径,也便是事情视界。

黑洞一般指的是事情视界内的一个体系

2、经典力学下的史瓦西半径

考虑如下体系,黄色为质点,饶黑洞圆轴运动。临界状况下,黑洞引力F与惯性力FI“平衡”,如下图。

临界状况下,引力与惯性力持平

依据质点“平衡”,能够得到速度与半径之间的联系:

平衡时半径与速度的联系

当速度为光速c时,此刻的间隔r即为事情视界的值。

经典力学下史瓦西半径

3、史瓦西半径的实在解

史瓦西半径的实在解来自于相对论,依据势能与动能的联系,再通过洛伦兹变换,得出史瓦西半径的值,具体的进程可参阅维基百科。

动能与势能的联系

此刻,当速度v直接用光速c替代后,得到:

史瓦西半径

上式正是史瓦西半径的正确解。可是实际上,这种解法是个偶然,当速度到达光速,有必要通过洛伦兹变换,并对速度取极限。其结果与上面彻底相同。

4、经典力学解的差错原因剖析

经典力学的史瓦西半径解是实在史瓦西半径的一半。即,根据经典力学,物体饶黑洞旋转速度到达光速时,它的间隔是实在史瓦西半径的一半。发作这种差错的原因,能够从以下几个方面剖析。

  1. 在经典力学求解史瓦西半径的进程中,咱们假定质点饶黑洞做圆周运动。当速度远低于光速时,惯性力与黑洞引力“平衡”。可是,在相对论中,速度添加引起尺缩效应,质点的间隔会缩短,有必要通过洛伦兹变换后,才干得到正常参阅系下的间隔。
  2. 史瓦西半径是根据能量守恒导出来的,质子势能悉数转化为动能,这儿并未对速度的方向做任何规则,抱负的状况便是沿着半径直线逃离。在经典力学解中,对速度的方向作了规则,有必要垂直于半径,而这仅仅环绕速度,并未真实逃逸。

5、总结

人类首长黑洞相片带来了许多关于黑洞方面的认知,让咱们知道了史瓦西半径便是视界能看到的黑洞半径。可是根据经典力学,得到史瓦西半径为正确解的一半。其间的原因首要在于时空的洛伦兹变换。

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