两个只进不出的黑洞融合，怎么丢了三个太阳，丢哪去了？
这是熊瞎子盯着西瓜，丢苞米的问题，不外这题属实有点难。黑洞融合除了黑洞自己，还关系到时空。质量和能量本为一家，能量是质量，质量是能量，势能也是能量，所以势能也是质量，除了要考虑黑洞的质量之外，还要考虑连系过程中势能的转变，时空布局的转变。
图：两个正在归并的黑洞，尤其是在归并的最后阶段，会发出大量的引力波。
引力波
早在一百多年前，爱因斯坦就经由过程《广义相对论》展望到引力波的存在，而第一次检测到较大的引力波则跨越了一个宿世纪.。2015年，激光干与仪引力波天文台（LIGO）检测到两个黑洞归并发生的引力波数据。
不外，从LIGO发现的数据中可以发现：黑洞归并质量的似乎以辐射形式散掉了一部门，导致归并之后的质量比本来两个黑洞的总质量要小。然而，人们遍及认为没有任何工具能逃走黑洞，那黑洞归并发生的能量是若何消逝的呢?这涉及到黑洞和广义相对论的焦点。
图：黑洞及其四周、加快和下落的吸积盘的图解。奇点埋没在视界后面。
黑洞所有的质量和能量都集中在中间的奇点，因为进入视界中的光无法逃走，所以外部不雅察者永远看不到它。在视界内，任何粒子所能走的任何路径，无论是具有质量，仍是只具有能量，都将被带进黑洞的奇点中。这意味着一旦您进入视界，您就会当作为奇点的一部门，包罗质量、电荷和扭转的动力。
图：时空的涟漪呈现在黑洞彼此环抱轨道的频率上，并且越接近黑洞，涟漪的强度就越大。
另一方面，爱因斯坦的广义相对论告诉我们，当两个质量(任何类型)彼此环抱时，当轨道自己衰变时，它会在空间布局中发生涟漪。这些被称为引力波的涟漪以光速活动，导致空间在经由过程它时发生膨胀和缩短，并携带能量。
按照爱因斯坦最闻名的方程，E = mc2(或者，如他最初写的，m = E/c2)，我们知道一个能量来历是质量，一个质量来历是能量。它们可以彼此转化;质量只是能量的一种特别形式。
丢了3个太阳
图：来自LIGO初次探测到引力波较大幅度的数据。
当LIGO发布的成果时,对于成果大师有点奇异,他们发现两个黑洞别离是36和29倍太阳质量，归并在一路来建立一个新的62倍太阳质量的黑洞。其他3个太阳质量(约占整个系统质量的5%)去了哪里?后来再次探测到的数据，也呈现了不异的环境。两个质量半斤八两的黑洞融合在一路，它们最初质量的5%以引力波的形式被辐射出去。
找到了
每个黑洞都有一个视界，每一对在归并前都有一个，归并后的最后一个黑洞也有一个，在归并过程中，视界也不会闪现出奇点，完满是“暗箱操作”，质量是怎么出来的呢？
图：任何物体或外形，无论是物理的仍是非物理的，在引力波经由过程时城市被扭曲。请注重，黑洞的视界内从来没有发射出任何波。
这不仅仅是问题;仍是个脑子急转弯!这就像问质子在太阳中融合当作氘，氦-3和氦-4时质量去了哪里。为什么氦-4的质量比构成它的4个质子要小?因为原子核的连系能，与非束厄局促态比拟，束厄局促态更不变，能量更少(是以质量更小)。
当两个黑洞归并，这两个黑洞变得比以前更受束厄局促，更受引力束厄局促。它们掉去的能量是因为引力连系能，而不是因为任何一个黑洞中的质量离开了视界。
图：牛顿的万有引力定律已经被爱因斯坦的广义相对论所代替，但它仍然是一个用来不雅察力和能量等物理量的申明性东西。
您可以从牛顿引力看出这一点。假设您有两个质量各为1千克的物体，它们处于静止状况，彼此之间相隔无限远。它们在这个系统中有必然的能量，可以操纵爱因斯坦方程E = mc^2,算出成果为1.8 × 10^17焦耳。此刻我们改变它们的距离，让引力闪现。
若是它们相隔1千米，整个系统就损掉了6.67 × 10^-14焦耳的能量。
若是把距离减小到1厘米，系统就会损掉6.67 × 10^-9 焦耳。
若是把距离缩小到质子巨细，即10^-15米，系统就会损掉 6.67 × 10^4焦耳，或者66700焦耳能量。
若是想要损掉半斤八两大的能量，您可以想象一下，把这个距离一向减到10^-27米，就会损掉 6.67 × 10^16 焦耳，大约是原始能量的35%。
(哈哈，是不是发现新大陆了)
图：光和空间的涟漪，当光经由过程扭曲的空间时，它改变了其他位置的不雅察者对光的时候流逝的感知。
当然，在这些标准上宇宙应遵循广义相对论，而不是牛顿引力，但环境是一样的。这申明可并非是黑洞正在掉去质量，而是说时空中的总能量正在从“两个完全分手的、未连系的质量”的形式，改变为，“一个慎密连系的质量加上引力辐射”的形式。
原始黑洞轨道特征和质量决议了原始总质量中有几多百分比酿成告终合能。但在最终质量老是大于本来肆意一个黑洞的质量，但小于原始质量的总和。
若是两个黑洞质量大致不异，那么最大辐射量约为5%。
若是它们扭转会发生大量的能量，而且扭转偏向一致，那么这个比例就会上升到11%摆布。
若是此中一个质量比另一个大得多，百分比就会下降;
例如：一个1倍太阳质量的黑洞与一个100万倍太阳质量的黑洞归并，只能释放出0.0001%的能量。
总结
图：两颗彼此环抱的恒星的结果图，它们从左到右逐渐归并当作引力波。这可能是短周期伽马射线爆发的发源，也是引力波的来历。
吸引和归并并不会导致黑洞内部的释放出任何工具，素质是时空发生变形，从而改变两个黑洞归并前和归并后的势能。在视界与视界融合刹时，因为猛烈碰撞，引力波会达到最大，然后衰减，但不会有粒子从黑洞里出来。当视界会恢复到球形或者椭圆球形，引力波遏制辐射，一切归于正常。
图：黑洞融合最后阶段到平稳
爱因斯坦的展望很是清晰，所以我们能事先知道，进行探测，我们已经提前计较出要寻找什么旌旗灯号。固然有的时辰，我们的本家儿不雅意识可能会给我们错误的指导，但我们有方程啊！数学计较是真的，即使我们感受错了，计较也会给我们科学的真理。
- 发表于 2020-05-02 02:00
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