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爱因斯坦|黑洞终于成为趋势——科学美国人

爱因斯坦|黑洞终于成为趋势——科学美国人
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对于黑洞 ， 你所看到的并不是你所得到的 。 在黑洞轮廓周围可见的光环起源于半径约5gm/c2 ， 其中 g 是牛顿常数 ， m 是黑洞质量 ， c 是光速 。 这个圆环比不旋转黑洞的视界大2.5倍 ， 加上旋转 ， 最大可达5倍 。
因此 ， 真实情况要求我告诉你们 ， 事实上 ， 事件视界望远镜并没有拍摄到 M87星系中超重黑洞星系的事件视界 ， 而是拍摄到了更远处的光线 。
对于一个遥远的观察者来说 ， 光环和地平线之间的区别是理论上的 ， 但是对于一个正在进入黑洞的宇航员来说 ， 这种区别是存在的 。
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进入与地平线相关的终极监狱围墙意味着死亡 ， 没有机会与外部世界分享经验 。 不到一天 ， 宇航员的身体将达到奇点 ， 并被重力潮汐力撕裂 。
1939年 ， 爱因斯坦在《数学纪事》上发表了一篇论文 ， 质疑黑洞在自然界中的存在 。 现在 ， 黑洞非常流行 ， 以至于2020年的诺贝尔物理学奖被授予了三位研究黑洞的科学家 。 这让我们当代人非常庆幸 ， 哈佛黑洞计划汇集了天文学家、物理学家、数学家和哲学家 ， 他们都致力于研究黑洞 。
卡尔·史瓦西会很高兴参加我们的庆祝活动 。 不幸的是 ， 他在一个多世纪前的第一次世界大战中死在了德国和俄罗斯的战线上 ， 就在半年前 ， 他推导出了爱因斯坦方程式的无法旋转的黑洞解 。
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2020年诺贝尔奖获得者之一 Roger Penrose 证明了黑洞是对爱因斯坦广义相对论的一个可靠的预测 ， 并为此发明了一种新的数学工具来描述时空 ， 称为 Penrose 图 。
他还指出 ， 通过所谓的彭罗斯过程 ， 可以从旋转的黑洞中提取能量 ， 就好像它是一个飞轮一样 。 他的宇宙审查假说保护了我们预测宇宙未来的能力 ， 使我们免受黑洞奇点的病理学影响 ， 在那里时空弯曲爆炸 ， 爱因斯坦的理论崩溃 。
这个猜想断言 ， 所有奇点都隐藏在事件视界之后 ， 因此接近它们的物质对视界之外发生的事情没有因果关系 。 正如人们对拉斯维加斯所说的那样 ， “无论在地平线内发生什么 ， 都会留在地平线内. ”
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今年的另外两位诺贝尔物理学奖获得者 ， Reinhard Genzel 和 Andrea Ghez ， 证明了在我们银河系的中心有一个黑洞 ， 重达400万个太阳 。
半个多世纪前类星体的发现意味着超大质量黑洞一般在星系中心形成 。 通过实时监测大质量恒星围绕我们银河系中心的运动 ， 就好像它们是围绕恒星运行的行星一样 ， 他们证明了那里存在着一个黑洞 。 在他们的工作之前 ， 还不清楚黑洞是否与固定射电源人马座有关 。
他们不仅测量了黑洞的质量 ， 而且还测试了爱因斯坦的引力理论 。 他们发现的恒星有两个轨道平面 。 在和 Giacomo Fragione 合作的一篇新论文中 ， 我们指出黑洞的自旋一定是很小的 ， 否则就会模糊恒星一生中严格的轨道面 。 由 Genzel 和 Ghez 领导的球队在激烈的竞争中 ， 把他们的努力提升到了一个很高的水平 。 这是一个精彩的演示 ， 表明竞争如何促进良好的科学 。
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根策尔和盖兹追踪的一颗标为S2的恒星每16年绕银河系中心一周 。 我给天文学专业的学生的相关建议是 ， 把他们的博士项目集中在一个像 S2这样的源上 ， 这个源会在十年或二十年的时间里不断演化 ， 这样他们在整个职业生涯中都会不断学习关于源的新知识 。
如果史蒂芬 · 霍金还活着 ， 他将是今年诺贝尔奖的有力竞争者 ， 因为他的工作与经典广义相对论的彭罗斯的工作相似 ， 加上量子力学方面的黑洞蒸发 。
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黑洞既简单又复杂 。 它们通过质量、电荷和自旋来描述 ， 然而正如雅各布·贝肯斯坦第一次认识到的那样 ， 它们携带着巨大的熵 。 如果能到最近的黑洞进行一次实地考察 ， 并近距离地研究它 ， 那将是非常了不起的 。 如果在太阳系中有这样一个行星的话 ， 那么这次旅行在人类一生中都是可行的 。
【爱因斯坦|黑洞终于成为趋势——科学美国人】人们从黑洞中获得的信息远远超出了人们对黑洞体积小的预期 。 难怪我们总是不厌其烦地思考和讨论它们 。


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