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黑洞 ppt课件

黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
爱因斯坦－罗森桥
虫洞与黑洞、白洞的接口是一个时空管道和两个时空闭合区的连接，虫洞的时空曲率并不是无限大，因而我们可以安全地通过虫洞，而不被巨大的引力摧毁。
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
超时空旅行
科学家设想，应用虫洞或爱因斯坦－罗森桥，可能克服遥远的可见和漫长的时间障碍，实现“超时空旅行”。
拉普拉斯和米切尔还猜想到这类巨大的暗天体可能像恒星一样众多
史瓦西预言的黑洞
(1). 爱因斯坦广义相对论关于“质量引起时空弯曲”
史瓦西预言的黑洞
(2). 史瓦西预言的黑洞
德国天文学家卡尔·史瓦西（1873—1916年）通过计算爱因斯坦方程后预言：
如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异现象，即在质点的周围存在一个界面──“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。
惠勒将黑洞的这种特征称为“黑洞无毛”（也可以说只有M,Q,J三根毛），后来被人们称为“黑洞无毛定理”。
黑洞的观测与发现
核
观测黑洞的方法
心
喷
2.探测方法与手段: 间接推测
流
现象
引力透镜现象
异常X射线源及γ射线源
M87及其喷流的X射线照片
黑洞的观测与发现
（1）天鹅座X-1号的双星系统黑洞候选者
米切尔预言的黑洞
1783年，他在英国皇家学会会议上发布：
一个密度与太阳相同，而半径为太阳500倍的星球，会使朝它下落的物体，在到达星球表面时的速度超过光速。所以，假定光也像其他物体一样被与惯性力成正比的力所吸引，那么，所有从这个星球发射的光将被星球自身的引力拉回来。
依据：围绕星体运动物体的向心力和引力公式推算

(精选幻灯片)黑洞ppt

2020/2/4
13
问：为什么有粒子跑出？
霍金辐射
在“真空‘的宇宙中，根据海森堡测不准原理，会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子，然后瞬间消失，以符合能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。霍金推想，如果在黑洞外产生的虚粒子对，其中一个被吸引进去，而另一个逃逸的情况。如果是这样，那个逃逸的粒子获得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮灭，可以逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。这个猜想后来被证实，这种辐射被命名为霍金辐射。由于它是向外带去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的质量也会渐渐变小，消失。
2020/2/4
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Part.6 人造黑洞
欧洲大型强子对撞机（LargeHadronCollider，简称 LHC）被称为世界规模最庞大的科学工程，它将利用高速粒子束相撞产生的巨大能量，重建“大爆炸”发生后的宇宙形态。然而欧洲和美国的反对人士分别向当地法院提出起诉，要求叫停或推迟这个项目，他们的理由是，LHC能产生危险的粒子或者微型黑洞，从而毁灭整个地球。
1796年，法国物理学家拉普拉斯曾预言：“一个质量如250 个太阳，而直径为地球的发光恒星，由于其引力的作用，将不允许任何光线离开它。由于这个原因，宇宙中最大的发光天体，却不会被我们看见”。拉普拉斯依据牛顿万有引力定律，光由星体表面逃逸至无穷远得。
2020/2/4
4
现代物理中的黑洞理论建立在广义相对论的基础上。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。比如说，恒星在被吸入黑洞时会在黑洞周围形成吸积气盘，盘中气体剧烈摩擦，强烈发热，而发出X射线。借由对这类X射线的观测，可以间接发现黑洞并对之进行研究。迄今为止，黑洞的存在已被天文学界和物理学界的绝大多数研究者所认同，天文界并不时提出于宇宙中观测发现到已存在的黑洞。

黑洞、白洞与虫洞

是足够稳定的。
5.时空穿越的可能性
一个虫洞怎样才可以稳定存在呢？索恩和莫里
斯经过研究发现了一个不太妙的结果，那就是在虫
洞中必须存在某种能量为负的奇特物质！为什么会有这样的结论呢？那是因为物质进入虫洞时是向内汇聚的，而离开虫洞时则是向外飞散的，这种由汇聚变成飞散的过程意味着在虫洞的深处存在着某种排斥
5.时空穿越的可能性如果说负能量物质的存在给利用虫洞进行星际旅行带来了一丝希望，那么这些更具体的研究结果则给这种希望泼上了一盆无情的冷水。因为一方面迄今所知的所有产生负能量物质的效应都是量子效应，所产生的负能量物质即使用微观尺度来衡量也是极其微小的。另一方面维持任何宏观意义上的虫洞所需的负能量物质却是一个天文数字！这两者之间的巨大鸿沟无疑给建造虫洞的前景蒙上了浓重的阴影。
谢谢！
谢谢观赏
但转瞬即逝的。这些时空漩涡是由星体旋转和
引力作用共同造成的。就像漩涡能够让局部水面跟水底离得更近一样，能够让两个相对距离很远的局部空间瞬间离得很近。
5.时空穿越的可能性
那么什么样的虫洞能成为可穿越虫洞呢？
一个首要的条件就是它必须存在足够长的时间，不能够没等星际旅行家穿越就先消失。因此可穿越虫洞首先必须
2.有关白洞的猜测
转动的黑洞广义相对论所预言的一种性质正好与黑洞相反的特殊天体。白洞目前还仅是一种理论模型，尚未被观测所证实。按照白洞理论，白洞和黑洞相似，也有一个封闭的边界。聚集在白洞内的物质，只可以经边界向外运动，而不能反向运动。白洞是宇宙中的喷射源，白洞可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射，因此白洞是一个只发射、不吸收的特殊天体，与黑洞正好相反。
2.有关白洞的猜测

黑洞面面观PPT课件

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11
第十一页，共五十七页。
恒星的形成
通常的恒星是万有引力效应将物质聚集，同时恒星内部热核反应的大量热能造成粒子剧烈运动形成排斥效应，当这两种效应势均力敌时，恒星维持平衡不会塌缩。
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第十二页，共五十七页。
恒星的塌缩
随着热核反应能量逐渐耗尽，恒星会慢慢冷却，吸引效应压倒排斥效应，使恒星塌缩。原子的壳层被压碎，形成原子核在电子海洋中漂浮状态。此时电子间的斥力抵抗不住恒星自身引力，恒星塌缩至高密度状态。
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7
第七页，共五十七页。
附：第二宇宙速度
如果将地球质量和半径的数值代入，便是通常所谓的“第二宇宙速度”。它是从地球表面将一个物体发射到地球引力场以外所具有的最低限度的速度。
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第八页，共五十七页。
黑洞（black hole）
直到1915年爱因斯坦提出广义相对论之前，一直没有关于引力如何影响光的协调的理论。又过了很长时间，这个黑洞的模型才被理解。在没有任何观测到的实际证据证明其理论是正确的情形下，作为数学模型的黑洞理论已经被发展到非常详尽的地步。
按黑洞本身的物理特性划分
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第二十五页，共五十七页。
暗能量黑洞
暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成，它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转，其内部产生巨大的负压以吞噬物体，从而形成黑洞。暗能量黑洞的体积很大，可以有太阳系那般大。暗能量黑洞是星系形成的基础，也是星团、星系团形成的基础。
从上式中不难看出，质量越大、半径越小的球体，其逃逸速度越大，如果令球体半径
R＜
则有 v逃＞c
这意味着什么呢？如果假定光也同一般物体一

黑洞、白洞和虫洞

3）克尔黑洞：无电荷但有转动的黑洞
4）克尔—纽曼黑洞：又带电荷又有转动的黑洞。
• 众所周知，黑洞是看不见的，因此科学家们只
能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力
作用来判定它的存在。
• 一般来讲，天文学家们将黑洞分为两类：星状
黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相
当于几个太阳的恒星坍缩形成，而超大质量星
目前最大最古老的黑洞 2004.6月，美国斯坦福大学
2）黑洞是根据现代的广义相对论所预言的，在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体和星体（并非为一个“洞”）。黑洞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，发生引力坍缩而形成。黑洞的质量是如此之大，它产生的引力场是如此之强，以致于任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也逃逸不出来。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体，故名为黑洞。在黑洞的周围，是一个无法侦测的事件视界，标志着无法返回的临界点。
固定轴环绕
年轻白矮星
白矮星吃彗星
一对投石器
正在形成的白矮星
• 白矮星的内部不再有物质进行核融合反应，因此
恒星不再有能量产生，也不再由核融合的热来抵
抗重力崩溃；它是由极端高密度的物质产生的电
子简并压力来支撑。
• 物理学上，对一颗没有自转的白矮星，电子简并
压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就是钱德拉塞卡极限。
的质量就减小得更快。当黑洞的质量变得极
小的时候，它将在一个巨大的、相当于千百
万颗氢弹爆炸的发射中结束自己的历史。
3. 黑洞的寻找
• 白矮星：也称简并矮星，
是一种由电子之间不相容原理排斥力所支持的稳定恒星，由电子简并物质构成的小恒星。
最早发现的白矮星：

小学天文课——黑洞PPT课件

神秘的黑洞
-
1
课题提出的背景
探索是人类天然的兴趣，飞行是人类天然的爱好。任何有关宇宙和探索的话题都能引起整个社会的巨大兴趣。黑洞探索的成绩有助于增强社会的凝聚力，有助于激励社会的进取精神，有助于吸引小学生对科学的兴趣。
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2
-3ຫໍສະໝຸດ -4什么是黑洞？
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5
一、黑洞的概念
黑洞（Black hole）是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度极大体积极小的天体。
-
6
奇妙之旅：
黑：表明它不会向外界发射或反射任何光线
洞：是任何东西只要一进入它的边界，就会被它吸进去，就别想“爬”出来，连跑的最快的光也逃脱不掉，它就像一个真正的“无底洞”
-
7
恒星周围的气体或气体云被黑洞吞噬时被加热到很高
温度，散发出强- 烈的X射线
8
电脑模拟黑洞吞噬- 地球
9
黑洞不是一个“黑窟窿”，而是一个非常神秘的天体：
就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就
诞生了。
-
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黑洞的扭曲作用：
-
13
吸积蒸发毁灭
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演化过程：
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1、吸积
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。
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2、蒸发
每个黑洞都有一定的温度，温度的高低与黑洞的质量成反比例。也就是说，大黑洞温度低，蒸发也微弱；小黑洞的温度高蒸发也强烈，类似剧烈的爆发。
1、不旋转不带电荷的黑洞 2、不旋转带电黑洞 3、旋转不带电黑洞 4、一般黑洞 5、双星黑洞
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霍金与黑洞之谜课件

科学的社会责任
科学家和学者有责任向公众传播科学知识，提高公众的科学素养和意识，推动社会的科学发展和进步。
2023
REPORTING
THAN辐射理论，也称为霍金辐射，是指黑洞边缘会释放出辐射的假说。
详细描述
霍金认为黑洞并非完全不发光，而是会以量子效应的方式释放出辐射。这一理论是基于量子力学和广义相对论的结合，对于理解黑洞的性质和宇宙演化具有重要意义。
霍金对黑洞内部结构的理解
总结词
霍金认为黑洞内部由奇点、事件视界和辐射组成。
黑洞的形成
黑洞的形成与恒星演化密切相关。当一颗大质量恒星耗尽燃料并发生引力坍缩时，其核心会形成黑洞。
此外，宇宙中的物质和能量在极端条件下也可能形成黑洞，例如宇宙大爆炸后残留的超高密度物
质。
黑洞的形成还可能与宇宙中的其他天体相互作用，如中子星合并
等极端事件。
黑洞的特性
黑洞具有极强的引力，可以弯曲周围的时空，产生明显的引力透镜效应。
REPORTING
霍金对科学界的贡献
理论物理学的发展
霍金在理论物理学领域做出了卓越的贡献，特别是在黑洞辐射和
宇宙学方面。
普及科学
霍金是一位杰出的科学传播者，他的著作和演讲使复杂的科学概念变得易于理解，激发了公众对科学的兴趣。
激励后辈
霍金作为一位杰出的科学家和学者，为年轻一代科学家和学者树立了榜样，激励他们追求科学事业。
2023
PART 04
黑洞与宇宙的关系
REPORTING
黑洞在宇宙中的地位
黑洞是宇宙中最为神秘的天体之一，它们在宇宙中占据着重要的地位。
黑洞拥有极强的引力，能够吞噬一切周围的物质，包括光线，因此我们无法直接观测到黑洞。

天文宇宙中的黑洞(英文)精品PPT课件

Gravity extracts energy from escaping light
Gravitational redshift, time dilation
Other points of view
same result:
– accelerating frames of reference - apply special relativity
Science And Technology
• Tides = gravity changes from place to place
not freely falling ?
freely falling
?? ?
not freely falling
CURVATURE OF
SPACETIME
Science And Technology
Paradox: How can gravity attract light if light has no mass?
MASS-ENERGY EQUIVALENCE
Science And Technology
Em2c
Gravity extracts energy from escaping matter
Science And Technology
Light Rays and Gravity II
• In SR: light rays travel on straight lines => in freely falling frame, light travels on straight lines
• How to tell difference between accelerating frame and gravity?

第六讲：黑洞

更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。

这样我们不仅能看见这颗恒星的 “脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！
“黑洞”无疑是目前最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。既然黑（理论预言）那么如何探测呢？

等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫 “史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的。那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

当时的人们并未为此担心，因为所有已知的物体的密度都达不到使这个内部区域扩大到物体之外的程度，即对于所有已知情况，史瓦西解的这个奇怪部分都不适用。

阿瑟.斯坦雷.爱丁顿（Arthur Stanley Eddington）曾考虑过一颗死亡的恒星坍塌后可能达到这个密度，但从审美的角度出发不太愉快地将其抛弃了，并人为应该有新的理论补充进来。

根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。

而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系—— “黑洞”诞生了。

与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。

黑洞宇宙探索科学知识科普PPT课件(带内容)

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88%黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界
BLACK HOLE
黑洞
黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界
CONTENT
黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体
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黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体
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它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界
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黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体
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它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界
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黑洞
黑洞
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黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体
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它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界

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浩瀚宇宙之
-----神秘的
黑洞
-----------陈奕锟
黑宇洞宙六大极端
黑洞极强的引力将经过的恒星吞噬Biblioteka 黑洞被彻底破坏的恒星
SN 1979c超新星31年前爆炸产生的残骸构成了迄今已知宇宙中最年轻的黑洞。这个超新星位于距地球大概5000万光年远的M100 星系，1979年被一位业余天文爱好者发现。那颗在1979年爆发的恒星正处于形成黑洞的理论质量限额(即相当于太阳质量的20倍左右) 的边缘。超新星爆炸以后，残留的物质或是形成黑洞，或是变成密度极高的中子星。
美宇航局天文学家11月16日宣布，“钱德拉”天文望远镜的最新观测似乎倾向于这个超新星最终形成了黑洞。随着物质坠入黑洞，它被加热至数百万度，释放出 X射线如果原为SN 1979c超新星的物体是中子星，它释放的X 射线的亮度会随时间逐渐暗淡，如果它是黑洞，X射线几乎与以前一样明亮，因为黑洞在不断吞噬新物质。最新观测结果显示，SN1979c在1995年至2007年释放的X射线的亮度始终如一，所以，这个物体是黑洞的概率绝对更大——虽然它仍有可能是一颗高速旋转的中子星，不断喷发剧烈的高能粒子风。
最大的黑洞
宇宙中最轻、最小的黑洞仅相当于太阳质量的3.8倍，跨度仅为24公里，刚刚超过纽约曼哈顿岛的长度。虽然个头不大，但这个名为XTE J1650-500的黑洞仍然是破坏活动的发动机。与其他许多黑洞一样，XTE J1650500通过从伴星“窃取”气体令自己升温，释放出X射线，泄露了行踪。这些X射线的强度会根据黑洞的质量有所不同。通过观测这些细微的变化，天文学家可以对黑洞展开测量。
最小的黑洞
如果形成黑洞的恒星正在快速旋转，那么这个黑洞也会跟着快速旋转。相比静止不动的黑洞，不停旋转的黑洞可以更为紧密地控制住周围的物质圆盘。迄今旋转速度最快的黑洞名为GRS 1915+105，以每秒1000圈的速度旋转。这几乎是黑洞旋转速度在理论上的最大限额。这一数据是通过计算恒星在崩溃前的旋转速度算出来的。
洞最年轻的黑
距离地球最近的黑洞在2.4万光年以外。名为V4641 Sagitarii的双星系统成员，这个黑洞正在慢慢吞噬一颗常见的伴星。当它在1999年喷射狂暴的X射线时，无意中泄露了自己的藏身之地。最初，天文学家以为这个双星系统距地球只有1600光年远，但在2001年的后续观测中，他们才发现它其实距地球2.4万光年之遥。
最远的黑洞
宇宙中质量最大的黑洞相当于太阳质量的180亿倍，是此前记录保持者的6倍，堪比一个小星系的质量。这个庞然大物位于距地球35亿光年远的OJ287类星体。天文学家在2008年通过观察受这个更大黑洞引力场吸引的更小黑洞(这个黑洞本身的质量相当于1亿个太阳)的轨道，测量了它的质量。
最快的黑洞
谢谢！！！
已知距离地球最远的黑洞位于600万光年远的 NGC 300星系。这个星系发现于2010年1月，也是第一个被发现潜伏在银河系所属“本星系群”外面的黑洞。与距离地球最近的黑洞一样，这个最远的黑洞也在蚕食一颗常见的伴星，它还是迄今测量的重量最大的恒星级黑洞之一。处于星系中央位置的黑洞的质量最终能膨胀到相当于太阳质量的数十亿倍，不过，预示着恒星生命周期终结的黑洞质量仅仅是太阳质量的20倍。根据科学家目前掌握的资料，他们迄今只发现了三个质量相当于15个太阳的黑洞。