在遥远的星系中有HOA费用吗?- - - - - -

生活在黑洞的指南

与内德·弗兰德斯(Ned Flanders)住在一起,你不会学到太多关于现实的基本本质。

即使在今天的房地产繁荣时期,一个超大质量的黑洞也会让要价下降一点,对吧?
扩大 /即使在今天的房地产繁荣时期,一个超大质量的黑洞也会让要价下降一点,对吧?

黑洞泛滥宇宙。最近的是一个只有1,500个lightyears。一个巨大的一个,射手座a *,坐在银河系的中心大约25,000个lightyears。虽然您的典型空间旅行者可能会在平静的G型明星周围寻找家园,但是一些天体公民勇敢地勇敢地接受其中一个怪物。这不是一个简单的生活,这是肯定的,但是与黑洞的邻居确实意味着你几乎肯定会更多地了解现实的基本性质而不是其他人。

感兴趣的?以下是什么是预期的指导,你应该在一个黑洞周围让你的家。祝你好运。

黑洞基础知识

当你第一次到达一个黑洞时,你很可能会被它是多么的,多么的无聊所震撼。黑洞本身就是一个悬在远处某个地方的深不可测的黑色球体。黑洞实际上什么也不做除了坐在那里引力。事实上,它们是出了名的容易被忽略:除非它们主动进食物质,或者碰巧挡住了背景中的恒星的视线,否则你根本看不到它们。一旦你知道有一个,你就可以开始玩了。

ORB的尺寸由德国天文学家Karl Schwarzschild首先首先是着名的等式中的黑洞质量确定,并且该ORB的半径以他命名(Schwarzschild半径)。最小的黑洞有Schwarzschild半径,没有比曼哈顿更大;最大的可以包含我们的整个太阳系。

球体本身代表了黑洞的视界。在这个区域内,引力变得如此强大,以至于任何东西,包括光,都无法逃脱。当引力物体不断地将时空拉向它们时,黑洞的拉力如此之大,以至于在视界上,时空本身以比光速更快的速度冲进来。如果你想逃跑,你必须对抗时空的极端潮流。既然你不能,你就被困住了。

然而,超出了事件视界的奇怪性,关于轨道绕黑洞没有什么奇怪的。

因为重力就是重力。例如,你对太阳的引力完全取决于太阳的质量。黑洞也是一样。你可以用一个只有一个太阳质量的黑洞来代替太阳,行星的运行轨道将完全不受干扰(当然,所有的植物都会死,所有的东西都会因为缺乏光线而冻结,但那是另一个问题)。

只要你远离黑洞本身,似乎都没有什么比普通人在一起。如果您愿意,您可以保持一个稳定的轨道围绕一个黑洞。谢天谢地为想要在那里占据住所的人来说,我们可以确定“足够远的”真正是什么。它被称为内最稳定的圆形轨道(ISCO),这几乎是众所周知的暗示。对于简单,不旋转的黑洞,这是Schwarzschild Radius的三倍。在该距离内,稳定的圆形轨道是不可能的,您要么必须将自己注入空间的自由,或者让自己在事件范围下方挣扎。

对于一个更现实的情况,黑洞旋转的情况下,ISCO更难以计算,并且取决于黑洞旋转的速度,以及你的轨道是否正在用黑洞的旋转或反对它(逆行)。但是,一般来说,只要你超过施瓦茨山区的10倍远离黑洞,你就好了。

一颗恒星在超大质量黑洞的强大引力作用下被潮汐破坏。
扩大 /一颗恒星在超大质量黑洞的强大引力作用下被潮汐破坏。

重力在它所有的荣耀

虽然黑洞本身可能看起来很无聊,但周围的生活是任何东西。那是因为黑洞做了一件事,并将其置于拉力。

无论黑洞的大小如何,它们都倾向于收集吸积盘——它们与几乎所有质量大而致密的天体(如中子星)共享的吸积盘。当气体和尘埃进入黑洞附近时,角动量守恒将这些物质挤压成一个又薄又平的圆盘。这种物质可以来自任何地方:随机的星际气体云,附近天体的大气,甚至是其他恒星被撕裂的残骸。无论起源如何,这些物质会被撕碎,这些碎片会沿着被称为“拉伸线”的弯曲路径,走向视界的张开的大嚼口。

周围环境的凶猛取决于黑洞的质量。到目前为止,最常见的黑洞相对较小;只有几倍的时间比太阳更大。如果这个群众的一个黑洞发生在轨道上的轨道上,那明星徘徊太近,黑洞可以从星空的气氛中脱离。随着气体接近黑洞,必须压缩成相对小的黑洞,就像太多人拥挤到一个开放的电梯里。当气体压缩时,它会加热,热气体在X射线中发光。通过这种大量的X射线排放,天文学家发现了我们的第一个黑洞,称为Cygnus X-1。

最大的黑洞,被称为超大质量黑洞,是真正巨大的,轻易超过数亿甚至数十亿太阳质量。吸积的物理作用也围绕着这些怪物,按比例适当地放大。超大质量黑洞周围的吸积盘可以达到100万开尔文。在这样的温度下,它们发出的辐射足以让数百万个星系加起来都黯然无光。

对于任何潜在的访客来说,这些吸积盘既是诅咒又是祝福。如果你想在一个黑洞周围建立自己的店铺,你就需要这种能量,因为如果不是为这个盘,黑洞本身不会为你提供任何形式的光。但黑洞周围的引力强大到足以撕裂恒星,而吸积盘内的电场和磁场是整个宇宙中最强的。如果你准备好在这种地狱般的环境中生存,你会发现有足够的能量供几代人使用。

然而,即使是裸黑洞也能给你提供能量来源。这个过程被称为彭罗斯机制,以纪念它的发现者、诺贝尔奖得主、物理学家罗杰·彭罗斯。虽然它只适用于旋转的黑洞,但这并不是什么大问题。黑洞是在大质量恒星死亡时形成的,而恒星一直在旋转,动量会转移到黑洞。所以宇宙中并不缺少旋转的黑洞。

彭罗斯机制利用了旋转黑洞的一个特殊方面:能层。旋转的物体拖拽着周围的时空,就像试图把一个沉重的咖啡桌放在地毯上。所有物体都是这样的,因为这是重力的正常组成部分。但就像其他事物一样,黑洞也会过度地这样做。视界周围是一个不断移动的时空区域,被黑洞自身拖入旋转。

Penrose发现,如果将物体放入ergoSphere,然后让它分开,可以提取能量。让其中一个碎片落入活动范围内,再也不会被看到了。然后,你允许另一件作品逃脱ergoSphere。逃逸的作品从旋转时空获得升高,并且您可以从机动中获得净能量的净增益。Penrose机制从旋转的黑洞中拉动能量,在过程中减慢。当然,你不能永远做到这一点(最终黑洞停止旋转),但看到Penrose机制如何能够将材料发射到几万个灯光远离巨大的黑洞,我不担心。

如果来自吸积盘或彭罗斯机制的能量不够,你可以利用黑洞的另一个特性:它们的极端引力。当光落入黑洞时,当它接近视界时,能量就会上升,就像一个球从山上滚下来时开始加速一样。如果你在视界上方徘徊,你将沐浴在高能辐射中。

128读者评论

  1. 真的很酷的文章。在非常复杂的主题中融合可关联的写作和技术深度的味道。

    对抗物质怎么样?是否有可能有反物质的黑洞?那是多么不现实?
    |注册了249个帖子
  2. 这是一篇很棒的文章——我对此有一些误解,但它激起了我的兴趣,让我去寻找更多的信息。也许可以添加一些“进一步阅读”的条目?

    不得不说的是,《星际穿越》对彭罗斯机制的使用让我印象更深刻。我以为是电影物理。
    626个帖子|注册
  3. Thaisen写道:
    真的很酷的文章。在非常复杂的主题中融合可关联的写作和技术深度的味道。

    对抗物质怎么样?是否有可能有反物质的黑洞?那是多么不现实?


    YouTube上的物理女孩做了几个关于反物质的视频,很值得一看。

    她提出的问题让我抓住了一段时间:“反物质的重力是与定期的重力相同的方式吗?它是否吸引或击退了重要或反物质?”

    明信片上的答案……
    |注册了26个帖子
  4. 这是伟大的科学传播。大量的物理信息在一个可接近的格式。谢谢你,农业研究所。
    4067帖子|挂号的
  5. 优秀的文章。Moar请!
    519个帖子|注册
  6. 毗邻NED Flanders旁边的生活与SGI 4 Keg虚拟现实引擎生活也不多有趣。
    |注册了400个帖子
  7. 如果你跌入奇点,当你被撕成原子时,你对时间的感知会是怎样的
    159帖子|挂号的
  8. 我以为我们知道反物质的引力是正常的。因为,从Eotvos实验中,我们知道不同的物质,在非常精确的情况下,相互作用的引力与它们的质量成正比。因此,能量也必然产生引力。能量正好位于物质和反物质之间。如果反物质产生负重力,那么能源会产生没有重力,所以原子会产生重力粒子数的比例做的,而不是他们的质量,这是影响其核势能(这就是为什么E = mc ^ 2可以用来预测核反应的能量输出)。
    |注册了2248个帖子
  9. woww。几分钟,我想象文章中的每一个单词,并在一个非常不同的世界中迷失了。谢谢Ars!
    |注册了67个帖子
  10. 黑洞是迷人的。

    他们还可以为一些很酷的电影制作。

    迪士尼的黑洞对于迪士尼电影来说是相当可怕的(至少我在70年代的时候是这样认为的)

    图像

    然后是《视界》,我走进电影院,并不知道这是一部恐怖电影,之后躺在床上数周都无法入睡……

    “ - 米勒:哦。我的。上帝。你的眼睛发生了什么?
    - Dr. Weir:我们要去的地方,不需要眼睛去看。

    图像

    还有很多其他的。当然《星际穿越》必须要提一下!

    图像

    最后一次编辑Danathar6月16日星期三,2021年7:35

    |注册了2491个帖子
  11. BAMK.写道:
    如果你跌入奇点,当你被撕成原子时,你对时间的感知会是怎样的


    随着大量的群众越来越慢,我希望从你的角度来看,当你接近重心时,宇宙“外面”将加速越来越多。另一方面,在您到达您的上次目的地之前,您将移动并加速非常快速(TM),直到您到达您的最后一个目的地。难以包裹一下,这将如何锻炼。

    获得最终答案的唯一方法是......到魔术校车!
    884帖子|挂号的
  12. 总是想知道:当黑洞拉开时,速度上升,时间扩张变得显着。我的邻居远离我,看一切都会发生,看到我接近事件地平线,但永远不会经历。我的观点非常不同。奇怪的东西。
    |注册了102个帖子
  13. 引用:
    重力在它所有的荣耀


    黑洞能产生引力,所以我们可以称它们为……荣耀孔?

    对不起,我最好去上班。
    9个帖子|注册
  14. 如果你喜欢这篇文章,我绝对建议你看看保罗的播客,“问一个太空人”,它是恒星。
    |注册了22个帖子
  15. TL; DR:不要住在黑洞附近。
    1007帖子|挂号的
  16. 我从未理解的东西是蒸发。我理解它与事件Horizo​​ n的一对创作有关,但它对我没有意义。对于丢失质量的黑洞,正是天线(在E- / E +)对时必须每次都崩溃,使其无法从选举逃脱中无法区分?否则,如果电子落入和正电子逸出,正电子最终将湮灭黑洞外的电子,使其看起来像黑洞所获得的电子。那会发生什么事?只允许正电子落入的成对存在。当然,我忽略了能量质量等价,但这是因为我不明白这种混乱。帮助!
    |注册了14个帖子
  17. 伟大的阅读,谢谢!
    64帖子|挂号的
  18. 我喜欢来自xkcd'如果参赛作品怎么样的行,我忘记了哪一个,但它是这样的:“你特别从任何事都死于任何东西。你只是停止成为生物学并成为物理学。”
    23帖子|挂号的
  19. 然而,良好的写作,我觉得虽然指的是一个黑洞,因为球体或裸体有点误导......虽然它确实谈论了更接近的黑洞。Schwarzschild Radius没有定义球体的大小,它定义了事件范围的大小。另一种方式,它定义了奇点的逃逸速度大于光速的点。

    科幻作者,Rob Reid,采访了Priya Natarajan后播客.普丽娅是世界上研究黑洞的顶尖专家之一。在那次采访中,他问她产生视界的奇点的大小和形状,她的回答让我有点吃惊。

    引用:
    它被认为是一个无限小的点吗?或者当我们想到奇点时,它是高尔夫球那么大吗?我们认为它有几何范围吗,还是说这是一个错误的术语?

    普丽娅:这是一种错误的思考方式。我们可以把它看做一个渐近点。

    如果你有兴趣的话,听一听这个播客。她对黑洞、大爆炸和暗物质的认识非常惊人。
    |注册了443个帖子
  20. 如果你喜欢这篇文章,我绝对建议你看看保罗的播客,“问一个太空人”,它是恒星。



    哦,哈哈,我明白你在那里做了什么......
    |注册了1244个帖子
  21. 兰德74.写道:
    我从未理解的东西是蒸发。我理解它与事件Horizo​​ n的一对创作有关,但它对我没有意义。对于丢失质量的黑洞,正是天线(在E- / E +)对时必须每次都崩溃,使其无法从选举逃脱中无法区分?否则,如果电子落入和正电子逸出,正电子最终将湮灭黑洞外的电子,使其看起来像黑洞所获得的电子。那会发生什么事?只允许正电子落入的成对存在。当然,我忽略了能量质量等价,但这是因为我不明白这种混乱。帮助!


    这就是为什么你不能忽略能量和质量是相等的。这个方程包括质量和能量,所以只看粒子的质量意味着你没有看到质量和能量的整体平衡。不管它的质量是不是增加了因为它增加了粒子,如果它失去了等量的能量那么它失去的质量和失去的能量是相等的。
    |注册了1244个帖子
  22. 兰德74.写道:
    我从未理解的东西是蒸发。我理解它与事件Horizo​​ n的一对创作有关,但它对我没有意义。对于丢失质量的黑洞,正是天线(在E- / E +)对时必须每次都崩溃,使其无法从选举逃脱中无法区分?否则,如果电子落入和正电子逸出,正电子最终将湮灭黑洞外的电子,使其看起来像黑洞所获得的电子。那会发生什么事?只允许正电子落入的成对存在。当然,我忽略了能量质量等价,但这是因为我不明白这种混乱。帮助!

    这是视频: https://m.youtube.com/watch?v=rrUvLlrvgxQ
    是我最喜欢的。13分钟,所以一定要试一试。
    当然,PBS Space Time在youtube上有一个关于霍金广播的视频。
    |注册了275个帖子
  23. 在!通过!...超越!
    8个帖子|注册
  24. 发给批准这篇文章的Ars编辑人员谢谢你!

    保罗:对普通观众来说,这是很好的作品。

    我知道其中一些,并了解更多。


    问题:

    你提到了旋转和
    一个非旋转的黑洞。

    我不明白的是:旋转速度产生了什么差异。
    更高的转速会导致不同的行为吗?
    (注:我对此知之甚少,所以这纯粹是出于好奇:
    但如果我在杂草,道歉。)
    |注册了141个帖子
  25. 我对这篇文章中产生的新想法感到既敬畏又恐惧,它很好地提醒了我们为什么人类要继续探索——发现带来的刺激和战栗的风险。

    这样的文章太棒了,谢谢!
    11个帖子|注册
  26. 坦克写道:
    发给批准这篇文章的Ars编辑人员谢谢你!

    保罗:对普通观众来说,这是很好的作品。

    我知道其中一些,并了解更多。


    问题:

    你提到了旋转和
    一个非旋转的黑洞。

    我不明白的是:旋转速度产生了什么差异。
    更高的转速会导致不同的行为吗?
    (注:我对此知之甚少,所以这纯粹是出于好奇:
    但如果我在杂草,道歉。)


    不确定这是不是你的问题,但旋转让我们可以通过测量速度,来计算洞的大小。

    非旋转孔是
    A)我们可能看不见
    B)可能无法被我们衡量
    c)非常长的(在拾取一些旋转能源之前)非常不太可能存在

    全面披露:我不知道我在说什么:)

    最后一次编辑golgo1.2021年6月16日周三12:43 pm

    |注册了3215个帖子
  27. 挑剔的是:在地球上,低潮并不在月球对面,而是在月球前后90度的位置。
    1143帖子|挂号的
  28. 如果广义相对论允许奇点存在,为什么我们说已知的物理在奇点处断裂?

    会不会不是奇点而是一个密度非常大的3D天体大小可以测量,但比中子星或夸克星密度大得多?
    170个帖子|注册
  29. 引用:
    如果你准备好在这种地狱般的环境中生存,你会发现有足够的能量供几代人使用。

    是的,我的房地产经纪人说太阳能板已经过时了。

    最后一次编辑柴郡猫6月16日星期三,2021年9:18

    1104帖子|挂号的
  30. golgo1.写道:
    坦克写道:
    发给批准这篇文章的Ars编辑人员谢谢你!

    保罗:对普通观众来说,这是很好的作品。

    我知道其中一些,并了解更多。


    问题:

    你提到了旋转和
    一个非旋转的黑洞。

    我不明白的是:旋转速度产生了什么差异。
    更高的转速会导致不同的行为吗?
    (注:我对此知之甚少,所以这纯粹是出于好奇:
    但如果我在杂草,道歉。)


    不确定这是不是你的问题,但旋转让我们可以通过测量速度,来计算洞的大小。

    非旋转孔是
    A)我们可能看不见
    B)可能无法被我们衡量
    c)非常长的(在拾取一些旋转能源之前)非常不太可能存在


    谢谢,我甚至没有意识到它的方面。整洁的。

    这将变成一堆深夜的“兔子洞”阅读,
    我能预见到这一点。耶!
    |注册了141个帖子
  31. 废品写道:
    你一直叫它时空,但自时间没有体质现实,它实际上只是空间。

    如果时间没有体力现实,那么你可以一分钟前做的事情,对吧?
    1215个帖子|注册
  32. BAMK.写道:
    如果你跌入奇点,当你被撕成原子时,你对时间的感知会是怎样的

    注意:我不是物理学家。但我的理解是,由于你被吸进奇点时明显的极端速度,时间膨胀显然会完全扰乱你对情况的看法。作为参与者(而不是观察者),接近光速会导致外部宇宙出现无限加速。所以参与者最终会获得永生。在旁观者看来,事情在一瞬间就完成了。你会被吸进去然后消失。但作为参与者,如果你达到光速,它们就永远不会结束。所以我认为,从你掉进黑洞的角度来看,你永远不会被撕裂——你只会达到停滞状态,在某种意义上说:外面的一切都会变得黑暗,但你永远不会真正到达奇点,因为你移动得太快了,时间过不了。

    而不是暴力,它实际上是最可能的无聊的存在。在等待任何事情发生的时候,你只会变老和死亡。

    这就是原因,如果我正确地遵循了逻辑,为什么光子有效地衰减:他们上下文中的时间根本不通过,因为它们根据定义时以光速移动,这意味着时间扩张因子是无限的。

    有一本名为“Tau Zero”的科幻小说对此进行了推测(“Tau”与时间膨胀因子有关)。我不想剧透情节,但它值得一读,值得你思考。
    11个帖子|注册
  33. Sekhmet写道:
    如果广义相对论允许奇点存在,为什么我们说已知的物理在奇点处断裂?

    会不会不是奇点而是一个密度非常大的3D天体大小可以测量,但比中子星或夸克星密度大得多?

    当然,但如果没有一个理论能阻止如此大的坍塌我们就无法知道物理。
    |注册了4521个帖子
  34. Danathar写道:
    黑洞是迷人的。

    他们还可以为一些很酷的电影制作。

    迪士尼的黑洞对于迪士尼电影来说是相当可怕的(至少我在70年代的时候是这样认为的)

    图像

    然后是《视界》,我走进电影院,并不知道这是一部恐怖电影,之后躺在床上数周都无法入睡……

    “ - 米勒:哦。我的。上帝。你的眼睛发生了什么?
    - Dr. Weir:我们要去的地方,不需要眼睛去看。

    图像

    还有很多其他的。当然《星际穿越》必须要提一下!

    图像


    《事件视界》是我迄今为止最喜欢的恐怖电影。我有点希望他们能重拍或者把原来的版本做个导演剪辑,因为我听说预发布的版本要可怕得多。电影公司的主管让他把一些更恐怖的东西配对出来……
    |注册了674个帖子
  35. 非常愉快,有趣的阅读,谢谢!
    1541帖子|注册
  36. 这就是为什么我不能玩《星际渗透》的原因——吸引器关卡仍然给了我比任何电影怪物风格更深的存在感。黑洞才是真正的神秘恐怖。

    尽管如此,我仍然对它们着迷,对它们的了解激发了我一生对科学和天文学的热爱。谢谢你的来信!
    87帖子|挂号的
  37. Thaisen写道:
    真的很酷的文章。在非常复杂的主题中融合可关联的写作和技术深度的味道。

    对抗物质怎么样?是否有可能有反物质的黑洞?那是多么不现实?



    如果一般的物理预期是正确的,一个由反物质组成的黑洞在外部上将与一个由物质组成的黑洞相同。

    如果广义相对论在视界处失效,它的内部也会是一样的。
    554个帖子|注册

你必须置评。

通道ARS Technica