麻省理工学院公开课:搜索黑洞

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麻省理工学院公开课:搜索黑洞视频简介：

这是麻省理工学院的物理8224（大概是指课程的代码）——探索黑洞课程，由Ed Bertschinger教授讲解。本课程在黑洞的相关领域内研究物理效应，并将其作为了解广义相对论、天体物理和宇宙学相关知识的基础。课程包含对当今理论和观测的拓展和延伸。内容包括平直空间内的能量和动量、度规、旋转和非旋转引力
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麻省理工学院公开课:搜索黑洞视频简介：

    这是麻省理工学院的物理8224（大概是指课程的代码）——探索黑洞课程，由Ed Bertschinger教授讲解。本课程在黑洞的相关领域内研究物理效应，并将其作为了解广义相对论、天体物理和宇宙学相关知识的基础。课程包含对当今理论和观测的拓展和延伸。内容包括平直空间内的能量和动量、度规、旋转和非旋转引力中心附近的时空曲率、粒子和光的运行轨道、宇宙基本模型等。
    什么是黑洞，怎样找到它？大概有的网友会由此想到前不久刚上映的美国科幻电影《星际穿越》。当然，电影中带来时空穿越的是虫洞而不是黑洞。
    历史上，第一个意识到一个致密天体密度可以大到连光都无法逃逸的人是英国地理学家John Michell。他在1783年写给亨利·卡文迪什一封信中提出这个想法的，他认为一个和太阳同等质量的天体，如果半径只有3公里，那么这个天体是不可见的，因为光无法逃离天体表面。1796年，法国物理学家拉普拉斯曾预言：“一个质量如250个太阳，而直径为地球的发光恒星，由于其引力的作用，将不允许任何光线离开它。由于这个原因，宇宙中最大的发光天体，却不会被我们看见”。
    现代物理中的黑洞理论建立在广义相对论的基础上。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。比如说，恒星在被吸入黑洞时会在黑洞周围形成吸积气盘，盘中气体剧烈摩擦，强烈发热，而发出X射线。借由对这类X射线的观测，可以间接发现黑洞并对之进行研究。黑洞的存在已被天文学界和物理学界的绝大多数研究者所认同。
    黑洞是一个空间——时间区域，它的最外围是光所能从黑洞向外到达的最远距离，这个边界称为“事件视界”。它如同一个单向的膜，只允许物质穿过视界并落到黑洞里去，但没有任何物质能够从里面出来。“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的。
    虫洞（Wormhole），又称爱因斯坦－罗森桥，是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞是1930年代由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设的，认为透过虫洞可以做瞬时间的空间转移或者做时间旅行。
由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说，“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道，所以也叫"灰道"。
    理论上，虫洞是连结白洞和黑洞的多维空间隧道，是无处不在但转瞬即逝的。不过有人假想一种奇异物质可以使虫洞保持张开也有人假设如果存在一种叫做幻影物质（Phantom matter）的奇异物质的话，因为其同时具有负能量和负质量，因此能创造排斥效应以防止虫洞关闭。这种奇异物质会使光发生偏转，成为发现虫洞的信号但是这些理论存在过多未经测试的假设，很难令人信服。
    随着科学技术的发展，新的研究发现，“虫洞”的超强力场可以通过“负能量”来中和，达到稳定“虫洞”能量场的作用。科学家认为，相对于产生能量的“正物质”，“反物质”也拥有“负质量”，可以吸去周围所有能量。像“虫洞”一样，“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过，当前世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量”能存在于现实世界，并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。
    据科学家猜测，宇宙中充斥着数以百万计的“虫洞”，但很少有直径超过10万公里的，而这个宽度正是太空飞船安全航行的最低要求。“负质量”的发现为利用“虫洞”创造了新的契机，可以使用它去扩大和稳定细小的“虫洞”。
    科学家指出，如果把“负质量”传送到“虫洞”中，把“虫洞”打开，并强化它的结构，使其稳定，就可以使太空飞船通过。

更新时间：2015-05-19 11:02