5句话,让孩子简单了解黑洞
人类历史上第一张黑洞照片刷屏了,伟大的时刻!跨国合作的胜利!而且再一次证明爱因斯坦是大牛中的大牛。如果有心,这正是一个和孩子谈论科学知识的好时机。孩子有没有问你黑洞是什么?如果问了,恭喜你!孩子有旺盛的好奇心。怎么回答这个问题,还需要仔细琢磨一下。
解释得复杂肯定不行,和黑洞直接相关的知识——奇点、视界、“有毛”和“无毛”的讨论,恒星级黑洞和微型黑洞的差别,黑洞周围时间和空间的相对论效应等等,太过硬核,不适合小朋友。
让我们换一个思路。借着回答黑洞是什么的问题,帮助孩子建立一些科学思维,对黑洞稍有理解,不就很好吗?可以用5句话,让孩子对黑洞有个基本概念。
第一句:你身边所有的东西,基本上都是空的。为什么这么说?物体由原子构成,而原子内部,绝大部分空空如也。我们知道,电子围着原子核转,形成原子。原子核和原子的直径(说成宽度也可以)相差100000倍,也就是10万倍。如果把原子核放大到乒乓球那么大,整个原子的宽度差不多是4公里,其中的电子小到可以忽略不计。4公里直径的原子,中心有个乒乓球那么大的核,绝大部份都是空的。
第二句:所有的物体,都表现出引力,无论它们相隔多远。牛顿力学里的万有引力,就是这个说法:两个物体,无论它们相隔多远,都表现出相互吸引。引力特殊的地方是,只有吸引,而没有排斥,不像电荷之间,正电荷排斥正电荷,负电荷排斥负电荷,正电荷吸引负电荷,也不像磁铁之间,南极排斥南极,北极排斥北极,南极吸引北极。和其他种类的力相比,引力是很微弱的,但因为只表现为吸引,所以能将星球、星系、星系群、可见的宇宙维系在一起。我们在地面上走路,不会突然飘起来,也是因为地球和地球上的物体(包括人)互相吸引。
第三句:原子可以压缩。原子虽然肉眼看不见,很小很小,原子之间的引力也很微弱很微弱,但如果有足够多的原子,多到合在一起能成为一个天体,能成为恒星(太阳是离我们最近的恒星),那么这些原子之间的引力叠加起来,就非常可观。某些情况下,引力大到能把原子里空的部分压缩掉,把电子挤进原子核里。压缩的幅度是:把4公里宽的一个大球,压缩到乒乓球那么大。出现了这样的压缩,恒星就成了一种特殊的恒星,中子星。我们如果从中子星上取一个长宽高都是1厘米的小块,它至少有1亿吨,相当于200万辆50吨的重型卡车;如果这些卡车每辆的长度是20米,把它们全部首尾相连,刚好在赤道上绕地球一圈。我们地球上的任何物体,到了中子星上,都会被中子星产生的引力压成像中子星那么致密的物质。想逃离中子星,速度至少要达到每秒飞1万公里才行。
第四句:黑洞是比中子星更致密的天体。原子核还不是实心的,有压缩的空间。中子星可以看成是原子核组成的,能够压缩。如果中子星继续压缩,就成了黑洞。黑洞比中子星更致密,对物体产生的引力更大,大到什么程度呢?大到黑洞附近的光都会被吸进去,再也逃不出来了。太阳亮,是因为发光,月球亮,是因为反光,如果光逃不出来,就既不发光,也不反光,看起来是黑的。黑洞两个字的意思——黑,不发光也不反光;洞,附近的物体会掉进去。
第五句:既然这么黑,怎么拍照呢?虽然黑洞本身不可见,但黑洞巨大的引力,让它附近产生复杂的物质流,这个现象能观测到。打个比方,水潭底部有个洞,通往地下河,我们在岸上看不见水底的洞,但可以看见它造成的水流漩涡。人类历史上第一张黑洞照片拍到的,是黑洞附近巨大的、炽热物质流的漩涡。
如果孩子问起来黑洞的问题,给他简单科普一下吧!