牛顿，开普勒模型和黑洞

无论你相信地球是平的，日心说模型，还是认为地球是一个巨大的十二面球体，有一个强大的螺线管决定着生命本身，尼尔·德格拉斯·泰森的话总是适用于你。“科学素养就是让自己知道别人在胡说八道”(Tyson, 2017)。不管你相信什么，科学总是能够为它的行为辩护，除非它是“扯淡”。这就是16^TH.世纪物理学家约翰内斯·开普勒在研究地球、月球和宇宙整体时相信。通过这样做，他发展了他的行星运动3定律，并成为历史上第一个和可以说是“真正的”天体物理学家(Walding, Rapkins, Rossiter, 1999)。这样一来，开普勒就能够对现代天体物理学做出有史以来最大的贡献之一。他的行星运动定律回答了日心说模型提出的许多异常现象，然而，他们努力确定太阳施加的自然力是什么(Walding, Rapkins, Rossiter, 1999)。这个问题在社会中一直是一个突出的问题，直到1687年，令人难以置信的自负，但天才的内科医生艾萨克·牛顿加入了争论。利用开普勒行星运动定律，牛顿得以推导出他的宇宙基本定律，就像任何傲慢的、看不起社会的数学家一样，他用自己的名字来命名这些定律(艾萨克·牛顿:发现万有引力的人，n.d.)。牛顿创建定律的篡夺开普勒所带来的,因为它在所有工作条件和开普勒的问题无法回答,不过,如果我们真的想看到一位傲慢的科学家做了另一个傲慢的科学家,我们必须开始这一切开始的地方,开普勒行星运动定律(艾萨克·牛顿:发现地心引力的人，北达科他州)。

通过使用他已故导师的数据，约翰内斯·开普勒观察到了宇宙的自然对称性，并发现每颗行星并不是完美的围绕太阳的球形轨道。这挑战了当时的先入为主的观念，因为当时社会的大多数人认为行星的轨道是完美的形状——圆形。(美国国家航空航天局，2009)通过理解这个概念，开普勒意识到行星的轨道是椭圆形的，而不是球形的。这改变了整个天体物理学，因为圆有一个中心焦点，而椭圆有两个中心焦点。这意味着两个焦点之间的距离将决定行星轨道的椭圆程度，而不是仅仅是一个完美的圆(High School Physics Explained, 2017)。测量一个行星的椭圆轨道被称为它的偏心度。如图1所示，水星的轨道比冥王星的轨道更圆，这在理论上意味着它的偏心率应该比冥王星的偏心率低。这是事实，因为冥王星的离心率为0.25，比水星的离心率为0.21大(高中物理解释，2017)。这被证明是一个相当筑坝发现它也不仅认为太阳是太阳系的中心,但是,它反对传统物理学家的信仰,然而开普勒没有停止分析数据后发展中一个行星运动定律,他停止后3^rd.法律。输入eppler的2^nd和3^rd.行星运动定律。

通过分析，计算和理解Tycho Brahe的数据，开普勒能够得出结论，太阳撒谎在行星椭圆轨道内的一个焦点点上。（威尔士，Rapkins，Rossiter，1999）。通过这种分析，他能够推断出行星速度不是恒定的，实际上基于与太阳的距离变化。这意味着如果从阳光到行星中从太阳抽出线，那么行星将在同一时间内扫除区域，无论其距离如何。考虑图2，它表明，在最靠近阳光的点，截瘫，同时旅行，只要远离阳光，高位的角度。如果行星轨道恒定，因为随着距离越大的距离等同于更大的旅行时间，这将是不可能的。这种固有的法律和Tycho Brahe的数据的进一步分析有助于构建开普勒的3^rd.，以及可以说是最伟大的定律——和谐定律(开普勒三定律，n.d.)。

在1619年，伽利略有什么只能被称为“摇摇他的袜子”，因为他不能理解开普勒发展的理论(Walding, Rapkins, Rossiter, 1999)。开普勒的三^rd.定律描绘了行星的周期与其半径的关系:“轨道周期的平方与半长轴的立方成正比。”(开普勒三定律，n.d.)。通过进一步测试、分析和发展这个模型，开普勒能够创建一个公式，该公式使用比例概念来绘制轨道周期，并最终推导出以下公式;

本法能够轻松地确定特定地球周围的任何局部对象的时期。例如，如果我们希望找到与地球的周期和半径相关的木星的半径，我们可以使用开普勒的第三法;

这三条定律确实粉碎了当时人们的信念，然而，有一个问题困扰着开普勒的想法，他无法证明自己的发现。数据、计算和其他研究表明，开普勒定律是可行的，然而，在艾萨克·牛顿(Isaac Newton)加入争论之前，没有物理学家能够解释为什么开普勒定律是可行的，或者是什么力使这些行星保持在椭圆轨道上(High School Physics Explained, 2017)。

通过一个被滥用的苹果的夸张故事，牛顿能够发展出万有引力的想法，从而回答了开普勒定律无法回答的问题(Nix, 2015)。通过对开普勒定律的解释，数据和计算，牛顿能够将他的重力概念扩展到行星运动，并综合其思想来回答开普勒定律无法取代他的发现的问题。如果我们真的想了解艾萨克·牛顿是怎样的主谋，我们必须从原点开始。他出版了相应的书。

在他的1687本书中，哲学Naturalis Principia Matherematica，Newton观察了物体质量与IT施加的相对力量之间的相互关系（美国国家航空航天局，2009年）。这样做时，他能够识别较大的物体质量，施加的引力力越强。通过在重力理论中实现这种接地，牛顿能够将月亮视为一个物体，并与地球上的物体对其加速度并置。通过了解他的第一项议案法，议案中的物体将留在运动和休息的物体往往会保持休息，除非由外力作出争执，牛顿知道椭圆路的原因是外力作用的结果否则对象，它将继续在直接路径（美国国家航空航天局，2009年）。然后，他通过引力的知识综合了这个想法，由于从其他物体（开普勒的三个法律，N.D.）作用的重力，因此由于对象的心力传递而维持其轨道。该近期开发的形成了一种新模型，其中重力是恒定的，并且力取决于两种肿块的产物与它们之间的距离的平方成反比。

通过这种衍生的方程，牛顿可以计算在两个质量物体之间作用的重力。例如，该公式可用于计算在地球和月球之间作用的重力力。

Kepler proposition that the sun moved planets by releasing “rays like wheel-spokes” which kept planet’s within their orbits was an interesting concept but it had little to no scientific backing which made many astronomers curious as to how this worked (Walding, Rapkins, Rossiter, 1999). By identifying that each planet exerted its own force of gravity that was dependent on its mass, Newton developed upon Kepler’s ideas and eventually usurped him by finding out that it was in fact the centripetal force of gravity exerted by the sun that caused planets to stay within their orbits (Kepler’s Three Laws, n.d.). This meant that the equation could be further derived to not only prove Kepler’s Law, but enhance it. The following equation was then derived by Newton;

通过推导出这个公式，并理解了作用于行星的是地心引力的向心力，艾萨克·牛顿不仅建立在开普勒奠定的基础上，而且篡夺了他的发现，证明了他的定律是有效的。这有助于物理学家理解他的定律，因为现在有了一个关于行星如何保持在轨道上的理由，并为他的定律的功能提供了一个明确的证明。

总之，开普勒是一个杰出的物理学家，适用于在突出信念的时间里生活的人，他的发现是宇宙的中心，他的发现，思想过程和发现只能被标记为革命性。他的三个行星运动法则回答了许多由天眼端模型构成的异常，并随着整体彻底改变了天体物理学，它留下了一些未答复的问题。通过推导，分析和了解开普勒的法律和数据，牛顿能够得出结论，重力在天体物理学中发挥着至关重要的作用，同时也能够证明开普勒的行星运动第三律法。这建立了在开普勒的想法和理解之上，但回答了开普勒不能没有的两种异常，从而篡夺了他的发现，整个发现和更好的天体物理学。Neil Degrasse Tyson曾经说过，“科学识字是为了让自己能够知道什么时候别人充满胡说八道”（泰森，2017）。这个想法可能适用于日常平静的，但是当谈到牛顿篡改的牛顿的何时，何时，它不能被称为“胡说八道”。

来自外太空的真空吸尘器

“黑白”一词是指清除和直截了当的东西。喜欢吃面包的东西是“黑白”，刷牙是“黑白”，但了解黑洞背后的物理并不符合“黑白”的定义。至此，物理学家们争论了黑洞的属性，为了掌握基础知识的基础知识，我们必须坚定了解使其“黑”的原因，如何形成，以及如何变化接近一个黑洞。因此，固有地抓住了黑洞的非那么“黑白物理学”的基础知识。

黑洞是一种相当复杂的物体，笼罩在神秘之中，然而，我们所知道的为数不多的事实之一是关于它们的形成。当我们宇宙中的一颗恒星坍塌时，黑洞就会出现。在一颗标准恒星中，其核心内部发生的核聚变所产生的力与作用在其上的外部引力保持平衡。这种平衡是它保持稳定的原因，然而，当一颗恒星死亡时，这种平衡会被打破，因为它倾向于外部引力。这导致它内爆，在不到一秒的时间内，恒星释放大量的能量，同时将其质量压缩成一个更小的物体(Kurzgesagt - In a Nutshell, 2015)。浓缩的物体，即残星的质量，是一个变量，因为它取决于母星的质量，然而，有许多恒星可以从残星形成，如红巨星，白矮星等。但这些恒星有一个共同点，那就是向外的引力和施加的内力处于平衡状态，从而阻止了质量进一步凝聚(可汗，n.d.)。这个假设一直是正确的，直到黑洞的话题出现，当一颗质量大于3倍太阳质量的恒星坍缩时，黑洞就形成了。当这种情况发生时，向外的引力比阻力强得多，没有任何力量可以阻止恒星的质量坍缩在自己身上(Kurzgesagt - in a Nutshell, 2015)。这个黑洞，或者换句话说，死亡的恒星，有一个相当可怕的开始，但更可怕的是围绕这些黑洞的误解。

人们普遍认为黑洞类似于我们在家里养的怪物——传说中的吸尘器(速成班，2015)。这种假设本来就很荒谬，因为当它涉及到真空吸尘器时，物理和相互关系是黑白分明的，但当它涉及到黑洞时，就不那么荒谬了。我们相信这个假设是正确的，因为黑洞有大而强的引力场，我们认为这种引力场会吸收所有的物质，类似于真空吸尘器(Crash Course, 2015)。这个想法本质上是有缺陷的，因为当一个黑洞形成时，它遵循引力的原则，从而使其强度随着距离的增加而减弱(Walding, Rapkins, Rossiter, 1999)。这在某种程度上是正确的，如果我们的太阳系中的太阳被一个黑洞所取代，假设我们发现了另一个产生热量的来源，地球也不会发生剧烈变化(速成班，2015)。引力也取决于你在黑洞中的位置。考虑图3，它显示了黑洞的三个主要区域，事件视界，史瓦西半径和奇点(Walding, Rapkins, Rossiter, 1999)。在每个区域，由于黑洞作用在物体上的力都会发生变化，这意味着当物体接近黑洞时，作用在物体上的力会随着距离奇点的距离减小而增加

（威尔士，Rapkins，Rossiter，1999）。这意味着当一个物体接近黑洞内的奇点点时，由于黑洞由于黑洞而作出的对象的重力增加，因此增加了其逃避速度并使科学与其存在相关的科学（瓦尔丁，Rapkins，Rossiter，1999）。

视界标志着任何接近黑洞的物体的暗淡结局。它定义了黑洞周围空间区域的边界。众所周知，在黑洞外，v_退出表示逃逸速度和C表示光速(Event Horizon, n.d.)。当物体接近视界时，逃逸速度增加，这意味着它继续越来越接近光速，直到它到达视界。在这一点上，逃逸速度等同于光速，这意味着唯一能够逃逸的物体是光本身。一旦一个物体通过了这一点，它就不可能逃脱，因为它进入了史瓦西半径(Walding, Rapkins, Rossiter, 1999)。

Schwarzschild Radius是奇点和事件范围之间的距离。一旦进入，重力就会向物体上拉到物质变得不可能逃脱的程度。考虑黑洞，古穆斯科。它的质量等于阳光下的7倍，半径为21,000米（黑洞百科全书，N.D.），一旦事件视界遭到破坏，计算逃生速度：

由于逃逸速度大于光的速度，因为物体接近奇点，因此人眼可以感知 - 或者任何其他眼睛都可以感知。这是因为光本身不会逃脱黑洞，这意味着它永远不会被反射到我们的眼中（崩溃课程，2015）。这会产生他们是黑色的错觉，我们看不到他们。这基本上是什么让黑洞，黑色和黑洞的物理学，而不是“黑白”，但必须考虑一件事，以便充分了解黑洞的本质。他们令人难以置信的大量质量。

黑洞的质量如此之大，以至于它们不仅会吸收光，还会扭曲时空本身(Crash Course, 2015)。爱因斯坦的广义相对理论表明，当一个大质量的物体，类似于黑洞，扭曲空间时，它也扭曲时间。由于其纯粹的质量而扭曲时空，黑洞能够创造所谓的引力转移。早些时候，当一个物体接近视界时，它需要有一个接近的逃逸速度，如果不是光速的话，才能逃逸。这是由于距离越小，引力就越强。这与牛顿第二运动定律有内在的联系，该定律指出，物体的加速度与合力的大小成正比，换句话说，F=ma(美国国家航空航天局，2009)。这意味着当作用在物体上的力增加时，物体的加速度会成比例增加，这意味着物体会加速。这显然意味着，从物体的角度来看，当它越来越接近奇点时，当它加速时，有一个引力蓝移，然而，这与外部的观点是不同的(速成课程，2015)。如果你观察一个物体落入黑洞，你会认为它会在一瞬间坠落，但从你的角度来看，这需要相当长的时间。这是因为引力红移。 As the light grows closer and closer to the singularity point, it loses energy to the gravitational pull of the black hole. This inherently stretches the wavelength of the light out and since the energy of light is tied to its wave length, light with a longer wave length has less energy. This elongated fall of an object would abruptly end once it passes the event horizon as light would physically not reflect of it, meaning it would not enter your eyes thus making it black in the truest form (Walding, Rapkins, Rossiter, 1999)(Crash Course, 2015).

总而言之，黑洞的物理性质并不像早上吃烤面包或每天出去慢跑那样“黑白分明”。最基本的概念，如黑洞的诞生，光如何在高引力场周围相互作用，以及最终是什么使它们，嗯，“黑色”，是该领域中唯一没有激烈争论的领域(可汗，n.d.)。在大多数情况下,黑洞是一种反常现象的本质,他们不能被肉眼观察到,他们推动我们对物理的理解限制然而,最基本的理解是什么让他们“黑色”帮助我们把握的“不黑白”物理黑洞的。

参考文献

Rapkins, G.， Rossiter, D .， & Walding, R.(1999)。新世纪高级物理学:背景中的概念。牛津大学,墨尔本

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高中物理解释。(2017年1月22日)。开普勒三定律的解释(视频文件)。从https://www.youtube.com/watch?v=kyR6EO_RMKE&t=624s获取

泰森，D.N.（2017年5月27日）。Niel Degrasse Tyson [Tweet]。从https://twitter.com/neiltyson/status/8684972053086576650865765/865766/tatus检索

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