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作者 Brian2315 (o.o)
標題 [問卦] 黑洞解惑
時間 Thu Apr 11 00:57:29 2019

今天是科學史上重要的一天，人類終於第一次直接看到黑洞啦！
看到大家對黑洞有許多疑惑，或許我可以幫忙解其中一些惑
但我畢竟不是專業只懂皮毛，希望可以拋磚引玉讓真正的專家來說明

首先，黑洞是什麼？
想像我們站在草地上，把球往上丟，球過不久就會掉下來，丟越大力（初速越大），掉回
地面的時間越長，而如果初速夠大到一個值，球就再也回不來了，這個值就叫做逃逸速度
，因為球的動能已經足夠脫離地球的重力場，密度越大的星體逃逸速度就越大，我們知道
光速是自然界中最快的速度，當逃逸速度等於光速時，就表示沒有任何東西逃的出這個星
體的重力場了，而因為連光都無法逃出，於是這樣的星體就叫做黑洞


理論上，黑洞的體積為零，也就是一個點，卻有質量，因此密度無限大，無限大的點數學
上又稱為奇點 (singularity)，而我們比較常聽到的黑洞大小其實是指連光都逃不出去的
範圍，也就是史瓦希半徑或者“事件視界”也有人叫“事件地平線”，就是這次望遠鏡名
字的由來，因為連光都出不來所以我們無法看到裡面的樣子，就像是發生在地平面下的事
件一樣，我們無法觀測


那黑洞怎麼來的？
黑洞可以分為小質量黑洞（數個太陽質量）與超大質量黑洞（數百萬到數億太陽質量），
至於中型黑洞呢？目前還沒有觀測到，科學家也在想中型黑洞怎麼不見了。小質量黑洞主
要是經過恆星演化到死亡時經過超新星爆炸後剩餘的恆星核，恆星核有可能塌縮成中子星
，如果更重的話就會塌縮成黑洞（附帶一提，我們的太陽死亡後不會變成黑洞，而是變成
白矮星，因為質量不夠大），而超大質量黑洞在每個星系中心都會有，全部的恆星就繞著
這個黑洞轉，至於它怎麼形成的，目前也還沒有定論，這次觀測到的就是屬於超大質量黑
洞，它位於M87星系的中心


再來，為什麼黑洞會發光？
黑洞本身不會發光，但是他會把周圍的氣體不斷吸入，我們知道最有效率吸收氣體的方式
就是螺旋進入，因此氣體會一邊旋轉一邊被吸入，也就形成所謂的吸積盤，因為黑洞的強
大重力場，氣體的速度會非常快，氣體之間的磨擦生熱也讓吸積盤溫度非常高，我們知道
只要有溫度就有輻射，溫度越高輻射越強，因此吸積盤其實是非常亮的！這次的影像中發
光的部份就是吸積盤。而因為氣體也有磁場，當磁力線交錯於黑洞時可能會斷裂，粒子於
是隨著磁力線射出，也就形成高速噴流（垂直盤面），原理跟太陽風很像


最後，大家很關心的是這個發現對我們實際上有什麼用？
這次直接的黑洞觀測可以提供廣義相對論再一次的驗證，跟幾年前的重力波甚至更久之前
的希格斯粒子的發現一樣，這些發現都是基礎科學理論發展的基石，所以問題可能變成：
基礎科學有什麼用？ 基礎科學是在了解我們所身處的自然界的運作規則，我們莫名

其妙的被放到這個宇宙，自然會想了解宇宙怎麼來的，自然界的規則是什麼等基礎問題，
就像電影移動迷宮裡大家都沒有到迷宮前的記憶，一切只能自己摸索迷宮的規則，找到自
己的出路，而科學家就像是電影中的飛毛腿，在已知的前沿不斷往未知探索、邁進


當然，基礎科學不只滿足我們的求知慾，現代科技發展也是奠基於基礎科學，科學理論的
發展絕非一蹴可及，前沿的科學發現往往沒有直接的應用，就像湯木生剛發現電子時，沒
人當他一回事，現在電子的相關應用已經無遠弗屆，我聽過一個有趣的比喻，基礎科學就
像賺錢，應用科學或工程學是在花錢，把錢變成我們實際看得到的東西，如果我們停止了
基礎科學的研究，那錢就有花光的一天，人類的科技發展也就會停滯


此外，基礎科學研究有時也會“直接”促進科技發展，就像是以前天文望遠鏡的技術普及
化後就用到了相機、X光探測機上，高能物理的研究機構CERN甚至為了研究需要還發明了
網際網路，沒錯就是你現在在用的這個網路


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※ 文章代碼(AID): #1ShY1x-g (Gossiping)
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推 formatted: 推這篇1F 04/11 00:57
推 ota978: 12F 04/11 00:58
→ Bigblackoo: 黑洞可以插嗎3F 04/11 00:59
推 watermen: 先給推 這八卦肥宅看不懂了 肥宅只想知道黑"洞"能不能督4F 04/11 00:59
→ chen338: 睡不著的來看這篇5F 04/11 01:00
→ watermen:                       啦6F 04/11 01:00
推 ti1990: 摁摁 雖然看不太懂 但好像很厲害 先推7F 04/11 01:00
→ qazwsx6107: 黑洞裡面有什麼？8F 04/11 01:00
我也好想知道！但理論上沒人可以知道
推 tony84590: 害我看好久！！9F 04/11 01:00
推 kevin05233: 我只有一個問題 光 有重量嗎？10F 04/11 01:00
推 QT1020: 黑洞體積為零？為何？11F 04/11 01:01
因為沒有向外的壓力可以撐住極大重力了
推 evilaffair: 可以12F 04/11 01:01
推 iohnvanq: 認真文13F 04/11 01:01
推 Costco5566: 恩恩跟我理解ㄉ差ㄅ多14F 04/11 01:02
推 emohann: 不錯的科普15F 04/11 01:02
推 ss5010593: 推16F 04/11 01:02
推 littleming: 沒有體積會有面積嗎?17F 04/11 01:03
當然也沒有面積，是事件視界有體積也有面積
推 lions1989: 不懂 但推18F 04/11 01:03
→ perlone: 直播說這個黑洞是一個棒球大 質量是太陽65億倍 怎麼量的?19F 04/11 01:04
直播應該是說，黑洞的視角就像是我們看月球上的棒球的視角，而黑洞直徑約 120 AU
推 kidd1211: 想問太陽系中沒有黑洞嗎20F 04/11 01:04
應該是沒有，除非有微型黑洞我們沒看到
推 ryoma1: 感謝CERN，創造www、http、html，讓大家有網路可以用21F 04/11 01:04
沒錯！
推 lwdlovecwl: 還是看不懂,我文組。22F 04/11 01:04
推 james732: 推認真文23F 04/11 01:05
推 gn005066: 原來乳此24F 04/11 01:05
→ chen338: 會不會只是望遠鏡的反光25F 04/11 01:06
不是的，有不同團隊用不同方法得到一樣的結果
推 littleming: 重量應該是算的吧，史瓦西半徑之類的26F 04/11 01:06
推 GalLe5566: 所以我很好奇 我們剛剛看到的那顆貓眼睛 真的是黑洞嗎?27F 04/11 01:07
真的是人類第一次直接看到的黑洞！
推 revorea: @perlone 從光逃不出來的範圍可以反算黑洞質量28F 04/11 01:07
→ cattgirl: 太長29F 04/11 01:08
推 jhjhs33504: 黑洞質量轉換成波的形式了 波都會有相位的問題30F 04/11 01:10
推 shutout5566: 都給你講了啊 讚讚讚31F 04/11 01:10
推 chen338: 那張是5500萬年前的黑洞32F 04/11 01:10
推 S0323109: 推 <333F 04/11 01:10
→ jhjhs33504: 黑洞怎樣怎樣的 那只是一種現象34F 04/11 01:11
→ nausea: 非常科普 淺顯易懂35F 04/11 01:11
推 cores: 拍這個畫面一定要多國連線嗎36F 04/11 01:11
推 jersam89: 推37F 04/11 01:12
→ revorea: @kidd1211 我想你問的是銀河系，EHT另一個觀測重點是人馬座A*，就在銀河系中心喔。38F 04/11 01:12
推 iWatch2: 厲害40F 04/11 01:13
推 b545188: 推41F 04/11 01:14
推 stock5566: 上八卦長知識42F 04/11 01:14
推 cimic: 推 坦白說 我們看到的 只是黑洞的周邊 還是看不到黑洞本體43F 04/11 01:14
推 yangshaojiun: 回某樓 光沒有質量44F 04/11 01:14
→ revorea: @cores 不用多個天文台連線的話，角解析度不夠拍起來可能45F 04/11 01:15
推 sam682097: 可以 夠簡單46F 04/11 01:15
→ revorea: 就只是個亮點，看不到中間有黑黑的結構就沒意義了47F 04/11 01:15
→ cimic: 連線是為了讓所有的觀測望遠鏡 組成巨大的虛擬望遠鏡吧?48F 04/11 01:16
推 yesman63: 推49F 04/11 01:16
推 CHTWifiHinet: 推50F 04/11 01:16
推 mmarty: 推51F 04/11 01:17
→ revorea: @cimic 沒錯
話說我只是個作基本粒子的，有沒有天文的鄉民幫一下？
IP掛140.109的爆點料來聽聽啊（嚼嚼52F 04/11 01:17
→ CactusFlower: 所以說吸積盤的黃道面到底怎麼決定的55F 04/11 01:20
因為角動量守恆，所以要看周圍的氣體原本相對於黑洞整體的角動量大小與方向來決定平面位置
推 cvit: 害我以為走錯版56F 04/11 01:20
推 Ivenes: 推57F 04/11 01:21
推 cimic: 對呀 我也覺得吸積盤很神奇 不是立體的圓 而是盤狀的58F 04/11 01:21
→ CactusFlower: 重量用光線的紅移可以估算59F 04/11 01:21
→ cimic: 如果運氣不好的話 拍到的吸積盤 也可能像土星環一樣吧?60F 04/11 01:22
推 revorea: 這次拍到的結果是跟自轉軸差20度，所以不會像星際效應61F 04/11 01:25
推 darknessrose: U文62F 04/11 01:25
推 shadowfoxs: 八卦版中的一篇清流63F 04/11 01:25
推 Putrid: 很棒64F 04/11 01:25
→ revorea: 那樣還有中間一條。如果說是跟自轉軸有比較大的角度
那大致上就會像電影裡一樣。65F 04/11 01:26
推 cimic: 意思是 星際效應的還原度還高就對了?67F 04/11 01:28
推 ineedpeepee: 讚讚68F 04/11 01:28
推 revorea: 星際效應有請因為量到重力波得諾貝爾獎的Kip Throne當顧問，對黑洞的模擬是認真的啊。69F 04/11 01:29
推 wishyes: 沒錯，跟我計算的一樣71F 04/11 01:30
推 adleyhjc: 推72F 04/11 01:30
推 jhjhs33504: 太陽系 銀河系都是盤狀的73F 04/11 01:30
推 smoke47s: 優質統粉74F 04/11 01:31
→ jhjhs33504: 颱風也是...75F 04/11 01:31
推 sharkimage: 推76F 04/11 01:31
推 CactusFlower: 颱風是在有重力場的環境下生成的= =77F 04/11 01:33
推 jk0213: 推78F 04/11 01:33
推 ga86041: 謝謝 不過能不能再科普一點 這樣講還是好形而上的概念79F 04/11 01:34
推 cimic: 感覺上 有重力場的影響 很容易形成盤狀結構80F 04/11 01:34
→ ga86041: 用個既有的生活現象來比喻之類的 我腦弱81F 04/11 01:35
→ cimic: 本體多為立體圓形 而周邊形成盤狀82F 04/11 01:35
→ revorea: 颱風有立體結構(扶額），而且重力跟氣壓差了一個維度83F 04/11 01:36
→ cimic: 是因為自轉的關係嗎??84F 04/11 01:36
https://imgur.com/sGkKkuc.jpg
[圖]
 
其實盤狀結構不用想得太複雜，可以想成一開始是一顆在自轉的球體
因為表面各點的重力相同，且都指向球心，但是所需向心力則是指向自轉軸
所以上下兩側會因為重力往球心壓縮，平面則是離心力（通俗講法）夠大，可以撐住
所以才形成盤狀結構
→ revorea: 我是有些粗淺的想法，但還是讓做天體物理的鄉民回答吧85F 04/11 01:37
推 newland: 推個 感謝分享優文86F 04/11 01:38
推 fong6033: 寫得很好87F 04/11 01:38
推 yyt0812: U文給推88F 04/11 01:39
推 kaworu0612: 推 難得有人認真寫89F 04/11 01:39
推 or0706555: 推90F 04/11 01:40
→ revorea: 太陽系也不全然是盤狀，還是有大軌道傾角的的角色91F 04/11 01:40
推 cartoonss: 推92F 04/11 01:41
→ revorea: 星系就更不用說了，棒狀、球狀之類的都有93F 04/11 01:42
推 ymuit: 推好文94F 04/11 01:42
推 cuba391156: 嗯嗯跟我想的一樣95F 04/11 01:44
→ andytaso: 我有個疑問                           為何沒猩球掘起296F 04/11 01:44
推 Asato163: 淺顯易懂長知識感恩推97F 04/11 01:46
推 jarry5566: https://i.imgur.com/e3Py6nB.jpg98F 04/11 01:47
[圖]
 
推 objectk: 簡易看得懂 推99F 04/11 01:48
→ Mikudance0 …
推 Mikudance0: 講得不錯，淺顯易懂100F 04/11 01:49
推 breadking: 先推642F 04/11 12:54
→ ilanalan: 我比較好奇怎區分蟲洞跟黑洞643F 04/11 12:56
推 adminc: 推，讚！644F 04/11 12:57
推 pilgrimangus: 還是只能稱讚愛因斯坦這個未來人了645F 04/11 12:58
推 cwind07: 有料文 推646F 04/11 13:03

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