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黑洞、引力波和暗物质均具有分形几何特征

发布时间:2019-04-24 04:29 来源:未知 编辑:admin

  ]科学家根据先前的研究和通过超级计算机的模拟,发现黑洞、引力波和暗物质均具有分形几何特征。

  腾讯太空讯 (文/ 黄振兴)据奥地利媒体日前报道,一个由美国、英国、意大利和奥地利科学家组成的国际研究团队,根据先前的研究和通过超级计算机的模拟,发现黑洞、引力波和暗物质均具有分形几何特征。有专家认为,这一重大发现将导致对天文学甚至物理学诸多不同领域的深刻认识。

  黑洞是宇宙空间内存在的一种密度无限大、热量无限高、体积无限小的天体,所有的物理定理遇到黑洞都会失效;它是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后,发生引力坍缩产生的。当黑洞“打嗝”时,就意味着有某个天体被黑洞“吞噬”,黑洞依靠吞噬落入其中物质“成长”;当黑洞“进食”大量物质时,就会有高速等离子喷流从黑洞边缘逃逸而出。科学家利用流体动力学和引力相关理论并通过超级计算机进行模拟后得出结论“进食”正在成长过程中的黑洞,将会使其形成分形表面。

  根据爱因斯坦1915年提出的广义相对论,巨大的天体会扭曲环绕它们的时空,就像一个保龄球落入一片橡胶薄皮上,导致路经的天体,即使是光线,也得沿着曲线路径前行。当两个极度密集的天体,例如黑洞或者中子星,它们成对出现彼此环绕,它们之间的相互作用会在时空结构上产生扰动或者涟漪的波纹,也就是所谓的引力波。当两个黑洞或者中子星合并在一起时会产生最强大的引力波,而这种神秘的引力波往往表现出分形行为。

  暗物质是指在宇宙中那些不发射任何光及电磁辐射的物质,但目前仍没有它的直接观测证据。牛顿1687年提出的万有引力定律如胶水一样,把普通物质和暗物质“粘”在一起。暗物质就像“微细粒度”的流体,有着和我们的星系一样的速度和轨道。当暗物质流通过一颗行星时,流内颗粒会集中起来,变成一束超密细丝。地球的万有引力会使暗物质粒子流聚集弯曲,成为狭长而致密的“头发”,而这种神秘的暗物质流常常表现出分形行为。

  所谓分形,简单的讲就是指系统具有“自相似性”和“分数维度”。自然界中,具备分形几何特征的物体比比皆是,如银河系中的球状星团、连绵的山川、飘浮的云朵、叶子、花菜等等。分形的概念是由美籍法国著名数学家伯努瓦曼德布罗特教授于1975年提出的。分形几何不仅在理论上,而且在实用上都具有重要价值。它在许多领域都取得了丰硕成果,对科技发展乃至社会进步发挥了巨大作用。

  “黑洞”一词命名者、美国著名物理学家约翰惠勒教授曾经说过:今后谁不熟悉分形几何,谁就不能被称为科学上的文化人。中国著名学者周海中教授曾经指出:分形几何不仅展示了数学之美,也揭示了世界的本质,从而改变了人们理解自然奥秘的方式;可以说分形几何是真正描述大自然的几何学,对它的研究也极大地拓展了人类的认知疆域。可见,分形几何有着极其重要的科学地位。

  黑洞、引力波和暗物质都是宇宙中最神秘的自然现象。它们为什么具有分形几何特征,其原因现在还是一个谜。但我们相信,在科学家的不懈努力下,这一谜团最终会得以破解。(作者为奥地利维也纳科技大学访问学者)

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