黑洞不是洞
1783年,英国地理学家约翰·米歇尔(John Michell)在引力理论的基础上,提出假设:致密天体的引力可以大到连光都被吸引束缚无法逃逸。黑洞的最基本特点:吸入所有一切,连光都逃不出来。根据这一特点,美国天体物理学家约翰·惠勒一词在1968年用“黑洞”(black hole)一词描述这种天体。 “黑”字,表明它不会向外界发射或反射任何光线,也不会发射或反射其他形式的电磁波——无论是波长最长的无线电波还是波长最短的γ射线。因此人们无法看见它,它绝对是“黑”的。第二个字“洞”,说的是任何东西只要一进入它的边界,就休想再溜出去了,它类似于一个永远填不满的“空洞”。从这种天体的形状来看,它的引力其实是全向的,所以从它的外面观察,它的形状不是一个洞,而是一个“球”,准确的说法应该叫“黑球”。
从我们所处的现在往后推演下去,宇宙中的一些星体由于不断吸引周围物质,随着物质总量的增加,质子(也就是原子核中的质子)总量不断增加,物质量越大,意味着质子数目越多,星体的引力(引力是质子体积亏欠而产生的)和也就越大。大星体在引力的作用下,不断吞噬其他星体,体积不断累加,恒星→巨星→白矮星→中子星→质子星(黑洞)。
当星体引力和大到一定时,巨大的引力下,物质被压垮,分子被压成原子,此时,所有的物质都被巨大的引力吸引迅速奔向星体中心,星体体积锐减,最外层边沿形成真空,光子进入这个真空区域时,失去了周围的压力,恢复到中子状态,这就是人们观察到的黑洞!
不过,如果用可视化的图像来描述,它肯定不会是“洞”,而是一个“黑球”,只不过从地球角度看过去只能“看不到”它的一个曲面,因为距离太远(实际上就是平面)。由于天体向其质点塌陷,这个塌陷过程可能持续很久,这一段时间内,“黑球”周围的空间被向内拉拽而扭曲。当塌陷过程结束,这个“黑球”或许会重回“非黑球”的天体状态。
黑洞的另一种解释:天体上发生了冷核裂变或者冷核聚变反应
富余中子与核裂变、核聚变
第二次世界大战的前夕,有两个德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现了一种完全新型的原子核变化,在这种变化中,一个重的原子核分裂成两个大致相等的部分,同时释放出大量的能量。这种现象被称为“核裂变反应”。最初是在用中子束轰击铀的场合下发现的,但是,人们很快就查明,靠近周期表末尾的其他元素也具有类似的性质。为什么靠近周期表末尾的元素才容易发生裂变?裂变释放的大量能量从哪里来?
答案在富余中子。由于原子的富余中子数随质子数增加而呈比例增加,这些重原子核已经处在它们的稳定性的边缘了,所以,尽管背景中子的撞击只提供很小的刺激,却已足以使它们一分为二。当重核分裂成相对小的几个原子核时,这些相对小的原子核吸引、束缚富余中子的能力减弱,分裂后的几个原子核它们富余中子的总和少于发生分裂的那个大原子的富余中子数。分裂过程中有多余的中子,这些中子进一步引起邻近原子核的裂变,而后者又能够导致更多中子的发射,产生更多次的裂变,也就是发生所谓的链式反应。只要原料足够多,被发射出的中子便有足够高的概率去击中其他原子核,并引起下一轮的裂变,从而使裂变过程自动持续下去。事实上,这可能演变成一种爆炸性的反应,在几分之一秒的时间内就把贮藏在原子核里的富余中子释放出来。重原子核具有这种不稳定性的事实,使人们想到应该怎样解释为什么自然界中只有百余种元素的问题。事实上,比铀更重的元素都无法存在很久,它们会在中子背景汤的作用下分裂。如一个铀235吸收一个中子后,裂变成一个溴85核和一个镧148核,同时放出三个中子。铀235的质量为235.124,溴85的质量为84.938,镧148的质量为147.96,中子的质量为1.009。
裂变前后质子数不变:铀92= 溴 35 + 镧 57
裂变前的质量总和为:铀235.124+中子1.009=236.133;
裂变后的质量总和为:溴84.938+镧147.96+3×1.009=235.925;
裂变过程中质量的减少为:236.133-235.925=0.208。
与重元素的核裂变相反,即把轻的元素(如氢)合成比较重的元素。这种过程称为核聚变反应。当两个轻原子核相接触时,质子聚合在一起,成为一个大一些的原子。这种情形只有在非常高的温度下才能够发生,要不然,靠近的轻原子核无法冲破彼此的中子场而发生核接触。当温度达到几千万摄氏度时,轻原子核的中子在光子(热中子)的作用下剧烈运动,为轻原子核互相接触腾出通道,于是,聚变过程就开始了。最适合于聚变反应的原子核是氘核,这就是重氢的原子核。
为什么聚变和裂变一样能够释放出能量呢?答案还是在富余中子。如果设法迫使几个分开的核子如氘、氚(又称为超重氢,是氢的同位素之一,元素符号为T或3H。它的原子核由一颗质子和两颗中子组成)核发生碰撞而结合成氦时,就会有一些富余中子能量释放出来。氢有三种同位素:(氕,符号H),(氘,符号D)和(氚,符号T)。在它们的核中分别含有0、1和2个中子。氢弹就是根据这个原理制成的。在氢弹爆炸时(21H +31H=42He+10n),氢(氚)通过聚变在内的一些反应转变成氦,这时所释放出的富余中子能量很大。
在质量比太阳更大的恒星上,由于其内部温度更高,便发生了许多更进一步的聚变反应,这些反应把氦转变成碳,把碳转变成氧,等等。特别巨大的引力能够将一切元素压垮,使一切元素都发生裂变,最终裂成那个巨大的质子、中子、电子状态的“宇宙原子”。但是并不是所有的聚变、裂变都释放能量。通过比较变化前后的富余中子数可以知道。大原子由于质子的引力和较大,使得外围中子向内塌陷,因而进入它的引力范围内的中子数量(即富余中子数增加)比小原子的多得多。所以裂变后生成的小原子的中子数和小于裂变前大原子的中子数,此时裂变过程中会释放能量(即多余的中子)。从元素周期表来看,到了铁以下,裂变反应已经不再放出能量,假设铁裂变为mn和H。
裂变前后质子数不变:铁26= 锰25 + 氢1
裂变前的质量总和为:铁.55.84+中子1.009=56.849;
裂变后的质量总和为:锰54.9380+氢1.0079+?×1.009=56.9459+?×1.009;
裂变过程中质量的减少为:56.849-(56.9459+?×1.009)。不但没有中子放出,反而会吸收能量。
也许这就是冷核裂变反应吧。按同样的计算方法逆推,我们可以得知,铁以上的元素发生聚变反应也是吸能反应。冷核裂变,冷核聚变反应是合理的。如果大质量的星体发生这样的反应,它是不会放出光子的,反而会吸收大量的能量,这是宇宙黑洞的另一种解释。
1783年,英国地理学家约翰·米歇尔(John Michell)在引力理论的基础上,提出假设:致密天体的引力可以大到连光都被吸引束缚无法逃逸。黑洞的最基本特点:吸入所有一切,连光都逃不出来。根据这一特点,美国天体物理学家约翰·惠勒一词在1968年用“黑洞”(black hole)一词描述这种天体。 “黑”字,表明它不会向外界发射或反射任何光线,也不会发射或反射其他形式的电磁波——无论是波长最长的无线电波还是波长最短的γ射线。因此人们无法看见它,它绝对是“黑”的。第二个字“洞”,说的是任何东西只要一进入它的边界,就休想再溜出去了,它类似于一个永远填不满的“空洞”。从这种天体的形状来看,它的引力其实是全向的,所以从它的外面观察,它的形状不是一个洞,而是一个“球”,准确的说法应该叫“黑球”。
从我们所处的现在往后推演下去,宇宙中的一些星体由于不断吸引周围物质,随着物质总量的增加,质子(也就是原子核中的质子)总量不断增加,物质量越大,意味着质子数目越多,星体的引力(引力是质子体积亏欠而产生的)和也就越大。大星体在引力的作用下,不断吞噬其他星体,体积不断累加,恒星→巨星→白矮星→中子星→质子星(黑洞)。
当星体引力和大到一定时,巨大的引力下,物质被压垮,分子被压成原子,此时,所有的物质都被巨大的引力吸引迅速奔向星体中心,星体体积锐减,最外层边沿形成真空,光子进入这个真空区域时,失去了周围的压力,恢复到中子状态,这就是人们观察到的黑洞!
不过,如果用可视化的图像来描述,它肯定不会是“洞”,而是一个“黑球”,只不过从地球角度看过去只能“看不到”它的一个曲面,因为距离太远(实际上就是平面)。由于天体向其质点塌陷,这个塌陷过程可能持续很久,这一段时间内,“黑球”周围的空间被向内拉拽而扭曲。当塌陷过程结束,这个“黑球”或许会重回“非黑球”的天体状态。
黑洞的另一种解释:天体上发生了冷核裂变或者冷核聚变反应
富余中子与核裂变、核聚变
第二次世界大战的前夕,有两个德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现了一种完全新型的原子核变化,在这种变化中,一个重的原子核分裂成两个大致相等的部分,同时释放出大量的能量。这种现象被称为“核裂变反应”。最初是在用中子束轰击铀的场合下发现的,但是,人们很快就查明,靠近周期表末尾的其他元素也具有类似的性质。为什么靠近周期表末尾的元素才容易发生裂变?裂变释放的大量能量从哪里来?
答案在富余中子。由于原子的富余中子数随质子数增加而呈比例增加,这些重原子核已经处在它们的稳定性的边缘了,所以,尽管背景中子的撞击只提供很小的刺激,却已足以使它们一分为二。当重核分裂成相对小的几个原子核时,这些相对小的原子核吸引、束缚富余中子的能力减弱,分裂后的几个原子核它们富余中子的总和少于发生分裂的那个大原子的富余中子数。分裂过程中有多余的中子,这些中子进一步引起邻近原子核的裂变,而后者又能够导致更多中子的发射,产生更多次的裂变,也就是发生所谓的链式反应。只要原料足够多,被发射出的中子便有足够高的概率去击中其他原子核,并引起下一轮的裂变,从而使裂变过程自动持续下去。事实上,这可能演变成一种爆炸性的反应,在几分之一秒的时间内就把贮藏在原子核里的富余中子释放出来。重原子核具有这种不稳定性的事实,使人们想到应该怎样解释为什么自然界中只有百余种元素的问题。事实上,比铀更重的元素都无法存在很久,它们会在中子背景汤的作用下分裂。如一个铀235吸收一个中子后,裂变成一个溴85核和一个镧148核,同时放出三个中子。铀235的质量为235.124,溴85的质量为84.938,镧148的质量为147.96,中子的质量为1.009。
裂变前后质子数不变:铀92= 溴 35 + 镧 57
裂变前的质量总和为:铀235.124+中子1.009=236.133;
裂变后的质量总和为:溴84.938+镧147.96+3×1.009=235.925;
裂变过程中质量的减少为:236.133-235.925=0.208。
与重元素的核裂变相反,即把轻的元素(如氢)合成比较重的元素。这种过程称为核聚变反应。当两个轻原子核相接触时,质子聚合在一起,成为一个大一些的原子。这种情形只有在非常高的温度下才能够发生,要不然,靠近的轻原子核无法冲破彼此的中子场而发生核接触。当温度达到几千万摄氏度时,轻原子核的中子在光子(热中子)的作用下剧烈运动,为轻原子核互相接触腾出通道,于是,聚变过程就开始了。最适合于聚变反应的原子核是氘核,这就是重氢的原子核。
为什么聚变和裂变一样能够释放出能量呢?答案还是在富余中子。如果设法迫使几个分开的核子如氘、氚(又称为超重氢,是氢的同位素之一,元素符号为T或3H。它的原子核由一颗质子和两颗中子组成)核发生碰撞而结合成氦时,就会有一些富余中子能量释放出来。氢有三种同位素:(氕,符号H),(氘,符号D)和(氚,符号T)。在它们的核中分别含有0、1和2个中子。氢弹就是根据这个原理制成的。在氢弹爆炸时(21H +31H=42He+10n),氢(氚)通过聚变在内的一些反应转变成氦,这时所释放出的富余中子能量很大。
在质量比太阳更大的恒星上,由于其内部温度更高,便发生了许多更进一步的聚变反应,这些反应把氦转变成碳,把碳转变成氧,等等。特别巨大的引力能够将一切元素压垮,使一切元素都发生裂变,最终裂成那个巨大的质子、中子、电子状态的“宇宙原子”。但是并不是所有的聚变、裂变都释放能量。通过比较变化前后的富余中子数可以知道。大原子由于质子的引力和较大,使得外围中子向内塌陷,因而进入它的引力范围内的中子数量(即富余中子数增加)比小原子的多得多。所以裂变后生成的小原子的中子数和小于裂变前大原子的中子数,此时裂变过程中会释放能量(即多余的中子)。从元素周期表来看,到了铁以下,裂变反应已经不再放出能量,假设铁裂变为mn和H。
裂变前后质子数不变:铁26= 锰25 + 氢1
裂变前的质量总和为:铁.55.84+中子1.009=56.849;
裂变后的质量总和为:锰54.9380+氢1.0079+?×1.009=56.9459+?×1.009;
裂变过程中质量的减少为:56.849-(56.9459+?×1.009)。不但没有中子放出,反而会吸收能量。
也许这就是冷核裂变反应吧。按同样的计算方法逆推,我们可以得知,铁以上的元素发生聚变反应也是吸能反应。冷核裂变,冷核聚变反应是合理的。如果大质量的星体发生这样的反应,它是不会放出光子的,反而会吸收大量的能量,这是宇宙黑洞的另一种解释。









