大家知道,霍金在3月14日去世了,這個日子正是愛因斯坦誕辰的日子 。霍金研究了一生的黑洞到底是什么?
黑洞的提出:談到黑洞,首先必須說愛因斯坦 。

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愛因斯坦的主要貢獻是光電效應、狹義相對論和廣義相對論 。愛因斯坦在廣義相對論是我們研究宇宙的有力工具 , 在這個理論里面愛因斯坦提出了引力場方程:

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根據這個方程,德國天文學家史瓦西通過計算,得到了引力場方程的一個解 。

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他發現:這個解很奇異,有很多奇妙的性質 。他就把這個解叫做黑洞,并指出宇宙中可能存在這種比較奇怪的天體 。
宇宙中究竟有沒有黑洞呢?人們開始了一個世紀的尋找,直到今天人們依然把黑洞的存在定性為“可能” 。
那么霍金又做了什么呢?

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霍金對這個解又進行了一些嘗試 , 在愛因斯坦廣義相對論基礎之上又引入了量子場論,并通過量子場論的分析,對黑洞的性質又進行了更加詳細的描述 。比如霍金提出了奇點理論、黑洞蒸發理論、證明了黑洞面積定理等等 。霍金的數學功底非常強,他的理論都是通過完美的數學表達式得到的結果 。但到目前為止,以上的理論還只是推測 。黑洞是否真的存在,人們還處于懷疑階段 。霍金也因此沒有獲得諾貝爾獎 。
進入黑洞的任何物體都無法逃逸首先,黑洞質量非常大 , 以至于連跑的最快的物體--光都無法逃逸 。為了理解“逃逸”這個概念,我們從比較經典的例子出發,討論一下宇宙速度 。

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牛頓曾經說:一個炮彈在地面發射,如果速度比較慢,就會落回到地面 。如果速度達到一定值 , 就不會落地,而是環繞地球運動 。這個速度稱為第一宇宙速度,它的大小是7.9千米/秒 。如果這個速度繼續增大到11.2千米/秒,物體就再也不會回到地球,而是逃逸到無窮遠處,這個速度也就被稱之為逃逸速度 。
在經典物理里 , 逃逸速度與星球質量和半徑有關:

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其中G是萬有引力常數,M是星球的質量 , R是星球的半徑 。
我們會發現,如果星球的質量M越來越大,而星球的半徑R越來越?。?逃逸速度V就會增大 。如果這個速度增大到光速c,那么任何物體都無法逃脫星球的引力了 。
于是,我們利用公式

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得到

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這個就被稱之為史瓦西半徑 。也就是說,如果一個星球半徑小于史瓦西半徑,就連光也逃不出去 。
大家注意:以上過程是一個類比過程,這個方程最終是從廣義相對論得到的 。雖然看起來史瓦西半徑公式和逃逸速度公式一樣,但他們的含義是不同的 。
如果我們把地球質量

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代入,就會得到地球的史瓦西半徑R=0.01m 。也就是說當地球變成乒乓球大小時,地球就變成黑洞了 。
掉入黑洞會怎么樣黑洞最引人入勝的地方是它會造成強烈的時空彎曲 。時空彎曲的概念不太好理解,我們從一個簡單的例子來說明:
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