1915年,阿尔伯特·爱因斯坦出版了他的广义相对论。 根据这一理论,重力不是一种力,自从牛顿发表关于重力的研究以来,它一直在考虑。 爱因斯坦认为重力是时空本身的弯曲。
当我们在太空中放一个巨大的物体时,它会在宇宙结构中产生曲率。 大型物体附近的物体沿着曲率的测地线路径前进。 因此,产生了一种错觉,即对象相互吸引。 这就是为什么当你把球从地球上扔开时,它返回,沿着大地测量路径,而不是因为一些神秘的吸引力,物体拥有。
大地测量表示球体或其他曲面(如地球)上两个点之间的最短线
黑洞或黑暗天使的想法来自爱因斯坦的广义相对论。 根据一般相对论,物体的体量越大,它在时空中创造的曲率也越高。 想象一个蹦床上的球,一个较小的球会创建一个小曲率,而一个巨大的球将创建一个更大的曲线。 因此,你向物体添加的质量越大,其引力作用就会增加。
就我们的地球而言,它围绕自身弯曲空间,使月球继续围绕它运行。 对于任何天体附近的任何物体,它需要一些能量来逃避它的引力影响。 例如,在地球的情况下,物体的动能必须为11.19公里/s才能逃脱。 这种速度,物体可以逃脱另一个物体的引力影响,进入太空,被称为逃逸速度。 这完全取决于天体的质量,你试图从它逃脱。 由于太阳比地球大,它的逃逸速度是615公里/秒,这意味着你只需要在一秒钟内覆盖615公里。
1916年,在《一般相对论》出版一年后,一位名叫卡尔·施瓦茨柴尔德的科学家算出一种通用相对论的解决方案,它预测了一个物体的存在,这种物体如此密集,如此巨大,它可以将周围的空间弯曲到无穷大。 施瓦茨柴尔德的解决方案没有给出黑洞的现代定义,但它为进一步探索这个神秘的物体铺平了道路。
黑洞的第一个现代定义来自1958年大卫·芬克尔斯坦的作品。 黑洞被定义为时空区域,从中可以逃脱任何东西,甚至是光。 记住,光是宇宙中最快的东西,它的速度是宇宙的速度极限。 美国天文学家约翰·惠勒在1967年创造了黑洞这个词。 直到1971年,在西格纳斯的星座中发现了第一个黑洞——西格纳斯X-1,它一直被认为是数学好奇心的结果。 它使科学家对爱因斯坦的广义相对论更加有信心。 它预测了2015年LIGO天文台发现的引力波。 四年后的2019年,EHT(事件地平线望远镜)团队首次捕获了黑洞。
当爱因斯坦正在研究他的相对论时,宇宙的本质被认为是静态的。 但他的方程预测宇宙正在膨胀。 于是,他引入了一个叫做宇宙常数的术语,后来他称这个术语是他最大的模糊。
在20世纪20年代,当埃德温·哈勃发现宇宙正在膨胀时,爱因斯坦用这个新术语重新排列他的方程。 今天,它解释了宇宙的膨胀,一个物理上的问题叫做暗能量。 它被认为是一个谜,因为我们仍然不知道为什么宇宙正在膨胀。 埃德温·哈勃发现后,科学家们认为宇宙的膨胀是由于大爆炸造成的。 想象一下,在这个场景中,你会看到粒子会从中心移动。 科学家认为宇宙也正在发生同样的情况。 由于大爆炸的能量,星系正在消退,因为最初的推力。 随着时间的推移,它必须由于重力而减速。 但这个问题开始于20世纪90年代,当时天文学家再次观测宇宙。 这一观察令科学家们大吃一惊;宇宙膨胀速度没有减慢,反而增加了。 没有任何已知原因可以触发扩展速率。 一定有别的东西导致宇宙以永远的禁食速度膨胀。 这种导致宇宙膨胀的未知力量被称为暗Energy.It估计这种能量占宇宙的68%。 一方面,这些发现证明爱因斯坦是正确的,但一些新的想法同时出现,使科学家怀疑这一理论。
在20世纪70年代,维拉·鲁宾和肯特·福特观察到一些非常离奇的事情,一些不应该发生的事情。 他们观察了我们附近的星系仙女座。 他们的观测显示,远离银河系中心的恒星移动得和附近的恒星一样快。 如果他们在距离银河系中心如此巨大的距离下快速移动,它们必须飞开。
想象一个旋转的轮子,如果车轮旋转缓慢,你放一些水,它将继续粘在车轮上。 但是,当你移动它快,在车轮上的水将飞开。 在星系的情况下,同样的事情也应该发生,但情况正好相反。 星星不是飞走而消失的,而是留在那里。 只有当有一些额外的物质的重力阻碍恒星时,这才会发生。 但天文学家们认为,无论什么,这都支持这种现象。 一般相对论无法解释这一点。
今天,科学家称这个问题为"暗物质",它不能直接观察到,但存在。 科学家说,每个星系都有这个未知的重力源。 在早期的宇宙中,它一定在星系的形成中发挥了重要作用。
据估计,27%的宇宙是由暗物质制造的。 这是可怕的,数以万亿的恒星和行星,整个可观测的宇宙,我们可以看到,使整个宇宙只有5%。 一些科学家认为,这表明大相对论是不完整的,我们需要修改它。
2010年,弦理论家埃里克·维林德(ErikVerlinde)提出,那里没有看不见的物质(暗物质)来阻碍恒星的发展,我们的引力理论无法解释这一点。 他的新引力理论,称为紧急重力,预测运动通常通过插入暗物质在故事中描述的完全相同的运动偏差。 他认为大相对论是不完整的,我们必须修改它。 他正在努力,希望尽快找到解决办法。
它显示了暗物质是如何大相对论的失败。 它有局限性,与牛顿的引力理论一样,它无法大规模地描述宇宙的本质。 科学家怀疑该理论的另一个方面与理论本身预测的物体有关,即黑洞。 黑洞是在一颗恒星上形成的,其震量至少是太阳的三倍,它死于一种叫做超新星的壮观爆炸。 这种爆炸将物质扩散到宇宙中,但核心仍然存在。 巨大的恒星的核心向内坍塌,形成无限密度和零体积的点。 此点称为奇点。 什么是奇点? 奇点中会发生什么? 科学家对这些问题没有任何答案。 和一般相对论停止工作在黑洞内。 当科学家试图应用爱因斯坦的场方程时,它们就断裂了。 时间不存在。 空间毫无意义。 也许,最糟糕的是,这不符合一个更准确的理论,量子力学。 量子力学以极小的规模描述物质的行为。 然而,没有理论可以描述重力在量子水平上是如何工作的。 每当这两种理论试图结合起来时,灾难就会发生。 例如,大相对论指出质量弯曲时空,因为电子有质量,它弯曲时空吗? 从量子力学中,我们知道像电子这样的量子粒子没有一定的位置。 它们同时位于多个位置。 那么,重力是否也同时在不同的位置? 在双缝实验中,电子同时穿过两个孔。 重力在哪里? 爱因斯坦的广义相对论失败了,不能回答这些问题。 这两种理论在各自的地方都做得很好,但它们彼此不相容。 但在像黑洞这样的地方,它们必须协同工作。 统一这两种理论的搜索仍在进行中,也有不同的候选者,如M理论和循环量子重力,但它们仍然没有得到证实。