丘宏义介绍黑洞是什么(6月15日)

Posted By on May 28, 2019

华府书友会将于 6月15日星期六下午一点半, 假马州双溪图书馆, 邀请前会长丘宏义博士介绍黑洞是什么。

双溪图书馆地址: 202 Meadow Hall Drive, Rockville, MD 20851。电话: 240-777-0240。

黑洞是甚么? 在宇宙中的地位是甚么? 特性是甚么? 在这演讲中丘博士要以通俗口吻谈到这些问题.

最近在报章上报导出第一张国际合作的合成射电或电波望远镜 synthetic aperture, 观测到的黑洞 black hole 的相片. 按天文的观测, 宇宙里到处都有黑洞, 可是这个黑洞比较特别. 它在一个标号为 M-87 的星系的中心. 距离是5千3 百万光年之外, 就是说, 我们看到的这个星系发出的光是5千3 百万年前发射出的, 到现在才到达我们. 这星系是一位法国天文学家梅西尔 Charles Messier 第一次观测到的, 他把观测到的天文星云编成一个目录, 现在称为梅西尔星体表. 这星系编号为87. 特色是有一柱以近乎光速射出的喷射气体流 relativistic jet. 观测的方法是用人工合成的电波或射电望远镜, 即把全球的射电望远镜都以计算机联结在一起, 成为如地球这么大口径的望远镜. 用了这么大口径的电波望远镜, 才能分析出这黑洞的影像. 连中国和台湾都有重要的贡献. 为甚么要去观测这样远的星系中的黑洞? 因为这还是离我们最近的星系级的, 黑洞特性非常显著的星系.

于1915年爱因斯坦发表了广义相对论, 次年(1916)一位德国天文物理数学家史瓦西 Karl Schwarzschild 发表一个爱因斯坦方程的解. 这解很奇怪. 在一个质量的某一半径之内, 光都走不出来. 如果这质量是太阳的质量, 这半径约为3 公里. 因此, 重力把这质量的空间分成两部份, 在这半径之外的空间就是我们所知的空间. 这半径之内的空间, 和外面的空间似乎不相往来. 无以名之, 把它称为史瓦西奇点 singularity. 所谓的数学奇点, 就是类似 1/x 这样的函数, 当 x 趋于零时, 1/x 会变成无穷大. 而最令人惊奇的是, 如果把一个质点朝这半径的空间送去, 从外面的空间去看, 它似乎愈走愈慢, 永远走不进去. 可是如果在这质点上装一个钟, 对这质量说来, 在有限时间内, 一下就走进去了. 因此, 这个奇点有无限的特性, 又有有限的特性.

物理学家最恨的就是这一类会变成无穷大的东西, 因为我们还没有发现可以变成无穷大的东西. 可是这理论就预测有这么一个有无穷大的东西. 一开始, 爱因斯坦就说, 这是物理方程出来的不合理的解. 有人还用这一点来攻击爱因斯坦的广义相对论. 可是爱因斯坦把三个天文中的疑难问题都解决了, 因此他的理论不容怀疑. 顺便一提, 现在大家日用的全球定位系统 GPS, 都要引用到爱因斯坦的重力理论. 全球定位系统用的时间精确度要十四位小数, 而在第十位小数之后, 就要引用到爱因斯坦的重力理论了.

自1960 年以来, 探险外层空间的人卫计划的发现,层出不穷. 在一个天体的X-光源中, 发现这X-光源是一团气体, 而在这团气体中有一个体积很小的星体, 可是它的质量远超过理论上星球可以有的质量. 于是天文物理学家推测, 这小星体就是史瓦西”奇点”. 这时, 物理学家开始了解史瓦西”奇点”, 认为是一个真正的星体, 可是和普通的星体不同. 它的重力极强, 能把附近的物质吸去, 可是因为角动量的问题, 它吸去的物质只能绕着这星体转, 等到把角动量消弭后, 才能逐渐朝这星体转进去. 这些旋转的物质逐渐把它们的动能变成各种波长不一的光, 从X-光到电波都有. 这些旋转的物质呈碟状, 称为吸积盘 accretion disk. 天文物理学家把这放不出光的星体称为黑洞 black hole. 本次讲员是最先把黑洞名词介绍到天文界的人. 至于黑洞的名词的来源, 有一段悲惨的历史, 在本次演讲中要阐述出来.

上面提到喷射气体流. 既然角动量的问题禁止吸积盘的气体很快的朝这黑洞走进去, 那么这些以近乎光速喷出的气流从那里来的? 在旋转的物体中, 唯一不受到角动量问题的方向是旋转轴. 因此, 这些喷射流都是沿着旋转轴射出的. 这样的喷射流非常普遍.那么宇宙中有多少的黑洞呢? 几乎所有的星系的中心都有一个大黑洞. 以银河系为例, 从一些星的轨道, 已经断定银河系中心的黑洞的质量约为二百五十万个太阳的质量. 而这还是很小的星系中心的黑洞, 有些星系中心的黑洞的质量可以比银河系的大上数千倍, 甚至于上万倍.

讲员丘宏义博士是世界著名的天文物理学家. 在台湾大学物理系念三年后, 转到俄克拉何马州立大学得物理学士学位, 后转入康乃尔大学物理研究院康乃尔大学得物理博士, 在普林斯顿高等研究院进修两年, 开始天文物理研究. 在太空署 NASA 戈特宇航中心 (Goddard Space Flight Center) 任高级天文物理及太空物理学家35年. 一生研究中子星及宇宙学. 着有一百六十遍论文及专科书籍. 得太空署最高科学贡献奖. 按一位科学史专家的研究, 把黑洞这名词介绍到天文界的就是丘宏义博士.

欢迎大家来共享一场富有天文知识的精彩演讲。活动对外开放, 欢迎各界参加。非会员酌收五元场地费 。询问请洽会长Vivian 240-406-7686。