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黑洞,一个极其神秘又可怕的存在。黑洞究竟是什么呢?它为什么能“吃”所有东西呢?其实,黑洞的形成类似于中子星的产生过程,读懂中子星,也就能读懂黑洞了。那么,什么是中子星呢?中子星,顾名思义,就是由中子组成的星球了。那么,什么又是中子呢?

普通人,也能看懂黑洞吗?

首先,我们先来解释下分子吧。自然界中几乎所有东西都由分子构成。例如,你在看的手机屏,坐的椅子,吃的食物等等,它们都是由无数的分子组成的。甚至是新冠病毒,它也是由蛋白质分子和RNA构成的。在日常生活里面,往水里加调料,闻到食物的气味,晾晒的衣服变干等等,都是分子无规则运动的结果。而提供的能量(温度),使分子的无规则运动更加剧烈,让调料溶解得更快,让气味更浓烈,让衣服更快晒干。而且,分子与分子之间也是存在间隙的。这些都是初中知识啦。

而分子,则是由原子构成的(原子是什么,感兴趣的可自行搜索),而原子则是由原子核和电子构成。中子则是和质子一起构成了原子核。简单来说,中子是组成分子的一部分,但极少数的分子不含中子。可别小瞧了中子,中子和核裂变(核电反应站、原子弹爆炸),核聚变(氢弹爆炸,太阳内部反应)有着密不可分的关系。上述的不过是一些“小儿科”,如果你能看懂,那么下面的关于中子和黑洞的介绍,你应该也能有所收获。

实验证明,中子的质量为 1.6749286 ×10^-27千克,它的半径约为0.8×10^-15m。(因为头条原因,无法使用右上角小上标数字)这是个什么概念呢?我们所用的手机,大家应该都特别在意它是几纳米处理器吧?但纳米在中子面前,也不过是“小儿科”。1纳米=10^-9 m,但中子半径约为0.8×10^−15 m,是纳米的百万分之一。下面我们结合生活来举例说明中子的微小与可怕:

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百科上介绍,中子星的密度在1×10^17kg/m³到1×10^18kg/m³,而我推算的8×10^17kg/m³介于他们之间,也许是巧合吧。而地球上的总水量有13.86亿立方千米。经过简单的单位换算以后,用立方米表示就是1.386×10^10^100000000=1.386×10^18m3.(1.386×10^21L).如果把它们都压缩成中子的话,它们就只有2.6m³的一个球了,这个球的半径连1m都不到,但它的质量已经到了恐怖的1.386×10^21kg。

为什么水还能被压缩呢?它不是满的吗?就是因为(水)分子与(水)分子之间是存在间距的。水分子的大小约为0.4纳米,而水分子与水分子之间有0.276纳米。它们之间靠氢键链接。这也是为什么鱼儿在水中也能呼吸的原因。这个用水举的例子,不过是假设而已,现实是不可能的了,因为恒星内部进行的是核聚变反应:

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还记得那个日本的吉祥物吗?还记得日本的氚废水吗?其中的+号就是质子啦,两个黄色的就是中子。

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也就是这个参与辐射反应的物质氘和氚,我们生活里面喝的叫氕水(就是水),氘和氚则是仅仅比氕多了一个和两个中子,使得它们的性质发生了如此大的变化,而且这个废水处理起来难度也是如此巨大。你能感受到中子的可怕了吗?

关于太阳内部的核聚变反应,其实这个反应是附带着许多其他反应的。当这个反应完后,剩下的氦原子也会参与反应。以此类推,按照元素周期表的顺序,直到这个元素全部变成“铁”。当它变成“铁球”的时候,因为铁相当稳定,聚变就停止了。而恒星此时仍有以亿为单位的温度(余热),它会慢慢冷却,从白矮星变成黑矮星。到那个时候,如果地球没被越来越大的太阳“吃掉”,那么它也会因为没有能量来源,变成像《流浪地球》中的那个漫天飞雪,一片黑暗的星球。

地球上的万有引力定律为F=G。是在1867年牛顿提出的,就是那个被苹果砸的牛顿。我们所受的地球的引力,和地球本身的质量及我们的重力有关。在解释万有引力定律前,我们再来科普一下球的体积公式:V=πr³。球是什么?就是球形状的物体啦,比如说篮球,足球,挡车的球形的石墩等等。前面的π是一个固定的值,我们不必理会,主要是后面的r³,它太可怕了。这个立方数r³和指数一样,也是爆炸式的增长(但是它比不上指数)。

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举个例子,一个半径为1的小球,和一个半径为10的大球。表面看上去,他们只相差10倍,但需要10³,也就是1000个小球才能结合成这个半径10大球。随着半径1变成100,1000,10000,那么它就需要一百万,10亿,到1万亿个球才能结合成大球。而天体上,所有星球都是类似球体的。

目前,已知太阳的直径为1.392×10^6公里,而目前已知的宇宙的最大的黑洞的直径为4×10^11公里,它的直径(半径),不过是太阳的300000倍,但它的质量是太阳的660亿倍。也就是说,需要660亿个太阳才能结合形成它。而如果它吃掉太阳,它的半径也不过只有几纳米的改变。你应该能理解,为什么黑洞能把所有东西吃掉了吧?因为它的质量实在是太大太大了,只要进入一定范围,那么其他物体所受的拉力就是无穷大的,物体根本没有力量与之抗衡,就像是《流浪地球》里面,地球被木星“拉”过去相撞一样。当这个星体质量大到能变成黑洞时,连光也会被吞噬。

头条上是这么解释黑洞的:

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对此,我是这么理解的:因为中子之间也存在引力和斥力,使它们间也有一定的间距。但是恒星经过核聚变所产生的能量,这股能量将它们压缩在一起,使这个间距变得无限小。就像汽车的内燃机一样,一部分用于为你的汽车提供动力,一部分损失到外界。而太阳内部的反应能量,大部分则是用于维持中子的聚合状态,一部分损失到宇宙中去(小部分被地球吸收)。但因为球的体积(半径)想扩大一点,则需要呈几何爆炸增长的中子,使它以非常缓慢的速度增长,这也是为什么太阳为什么不能形成黑洞的原因,它“太小了”。

现在,你也应该能理解,为什么太阳能存活几十亿年了吧?它确实是在损失质量,但对于如此巨大的球来说,这点质量是微不足道的。但终有一天,在几十亿年后,它就会反应完了。到那个时候,因为反应停止,恒星不再产生能量了,但它本身仍具有几十亿度的温度。它因为半身的超大质量,仍对外界不断产生吸引力,但内部没有能量,去与这股吸引力抗衡,导致恒星的外壳因为没有支撑的力量,外壳也会被“吸进去”,进而导致它的坍塌,全部物质都会被吸到中心点去。当核心收缩到一定程度后,黑洞就诞生了。

其实,我也和大家一样,对什么外星人啊,什么穿越时空啊,也有过这样的想象,我也看过很多这样的“未解之谜”。近日,就有机器从火星拍到的一道门的照片。

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那么,到底有没有外星人呢?目前,还没有真正的外星人来过地球的证据。按照现在人类的科技水平,飞出太阳系需要1.5万年。注意,这也不过是一个理论。事实上,当到了海王星的时候,就已经很难接受到太阳的能量了,又如何去维持飞船上人的生命?又如何为控制飞船飞行提供能量呢?以现在人类科技水平,如果真的有外星人飞来,也能在进入太阳系的第一时间,通过天文望远镜发现。但倘若真的有那么一天,外星人能跑出自己的星球,能在如此浩瀚的宇宙中到地球上来,那么他们的文明已经到了一个什么样的地步啊?又岂是人类能与之抗衡的?但我们也不必要担心了,银河系的直径至少有十万光年,也就是说要“跑出”银河系,即便是光也要花十万年的时间才能脱离银河系,而现在人类的水平,人类的最快的速度,也仅仅是光速的几百万分之一。

那么,到底存不存在外星人呢?个人认为,应该是有的,很多小说,视频,游戏都有对外星球的想象。其实地球在宇宙中,就如同我们每个人在地球上一样,是极其普通而平凡的存在,那么就应该有比地球更大,更适合产生生命的星球。也许那个星球上的生物比我们人类聪明的多呢,也许别的星球上已经到了“公元”几个亿年的时间了,也许别的星球上此时正发生着像我们古代那样的“三国”那样的战争……没有我们不能想象的。

说不定也许此刻,也有无数星球上的“人”也在想象,是否也有其他星球的人呢?他们也有他们的语言,也有他们的特点,也有他们的思考。现在的头条,几乎每天热榜都有与俄乌战争有关的新闻。还好这只是大国与小国之间的战争。但大国与大国之间的战争,就是像爱因斯坦所说的那样,一旦使用核武器,对地球的伤害是毁灭的,到那时万物都不复存在了。而星球与星球之间,都保持着如此遥不可及的距离,而宇宙定下了这条“死规则”,没有生物能轻易跨出自己的星球,使这场“星际大战”不可能发动。也许,在宇宙深处里也有许多像古神话里的“神”,维持宇宙的秩序,但却没有任何生物能看得到他们。这些都是我们可以像小说,电影那般去想象的。

普通人,也能看懂黑洞吗?

2022年,注定是不平凡的一年:3.21东航坠机事故;13人进入苍山失联,湖南株洲潜水员身亡,杭州金沙站浸水事件……是啊,人类在大自然面前,都是那么的渺小,在灾难来临时,没有保护的他们是那么的渺小无力啊。也许,这是大自然时不时的,对人类的一次警告吧。我不由得想起了,《流浪地球》里面漫天飞雪,杭州金沙站里面水不断往下流的那一幕幕。如果有一天,人类犹如那些丧尸电影般的,城市变成一片废墟了,我们又该何去何从呢?这就是时间和自然的力量。尽管是走在水泥路上,我都能看到那一颗颗顽强的杂草破水泥而出。如果有一天,人类不在了,那么这些公路也会像草地一样,铺满杂草吧。敬畏自然,好好去爱护我们赖以为生的自然。我们喝的水,吃的粮食,穿的衣服,用的设备,有哪一样不是大自然的馈赠呢?

其实,早在北宋苏轼,就写下了“渺沧海之一粟,天地曾不能以一瞬”的诗句。人类在地球上,是那么的渺小,生命是那么地短暂。又谈何星球,宇宙呢?生老病死应该是每个人都要经历的吧。人死后,不论是入土还是火化,都是要回归“大自然”的。既然如此,为何不能好好和大自然相处呢?

事实上,美国在1976年就向外太空发射了旅行者号探测器,现在的探测器已经飞出太阳系了,但也因为距离过于遥远,它也不再接受太阳的能量,而再也无法和人类联系上了,尽管它携带了地球的文明。我还是再来科普一下球的表面积公式S=4πR²吧。大家应该知道,球的每个截面都是圆形吧。说到圆形,大家应该也用过胶带吧?胶带的越外层,它的长度就越长。而球也可以看做无数个圆组成的。地球向外发射探测器,我们也可以把地球看做一个球心,探测器是一个巨大的球面上的一个点。随着距离的不断增大,这个“球”也就越大,球的表面积也就越大,“点”也就越多,而探测器要落到有“生命”的点(有文明的星球)上,这个概率,应该只有中彩票的几十亿分之一了。

我们的500米口径射电望远镜可以在2023年向银河系中心发射信号,联系外星人。按照最快的速度来算,这接受信息的一来一回,也需要4万年时间,所以,这对于我们来说,也可以说是天方夜谭啦。

以上的设想,推算,都是根据一些现有知识,结合生活所总结归纳的。因为闻道有先后,术业有专攻,隔行如隔山。对于那些专业术语,我也看不懂,很难去理解,我也是以一个普通人的思想,在摸爬中写的这篇文章。我只是一个普通的天文爱好者,每次看着那些流星,看着那些星系的照片,我也有很多自己的思想和感触。

但正如我所说的那样,我们在有生之年,是看不到这方面有什么进步的了,但人类一直在努力着。我很庆幸我生在这个时代,不像古人那般,以为天上是《西游记》中的那般,有那么多的神仙。或许几千年后的人们再看今天的我们,也和我们看古人的眼光那般呢

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