华中科技大学(物理学院)

157doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.03.001首张黑洞照片诞生——谈黑洞的前生今世吴庆文†华中科技大学 物理学院，武汉 430074摘要 1905年和1916年爱因斯坦分别提出了狭义相对论和广义相对论，这不仅改变了人类对宇宙的认识而且还深深地影响了我们的日常生活，其中广义相对论一个著名的预言就是黑洞。

目前，天文学家发现几乎每个星系中心都存在一个百万到百亿个太阳质量的巨型黑洞，而且每个星系中可能还存在上亿个恒星级黑洞。

中等质量黑洞是否存在目前还不确定。

黑洞存在的间接证据已经有很多，但人类更渴望直接看到黑洞的面目。

黑洞虽然本身并不发光，但可以将吸积物质的引力能通过吸积盘变成辐射，从而被我们看到。

北京时间2019年4月10日21时，事件视界望远镜项目在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿全球六大城市同步举行新闻发布会，公布人类获得的首张黑洞照片。

这张照片摄自梅西耶87(M87)星系中心的黑洞，重约60亿太阳质量，距离地球5 600万光年，由全世界横跨几大洲近10台毫米波望远镜(或阵列)进行联网观测，项目团队包括来自中国科学院上海天文台等单位的10余名中国成员。

可以说“人类首张黑洞照片”是继2016年发现引力波之后人们寻找到的爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的拼图。

本文还对未来中国在黑洞研究方面的重大项目做了简单介绍和展望。

关键词 黑洞；广义相对论；事件视界望远镜；毫米波望远镜1 黑洞缘起——提出黑洞的概念我们知道由于地球引力作用，扔出去的物体在空中划过一道优美的弧线后又落回地球上，但抛出速度如果达到或超过第二宇宙速度(11.2 km/s)时，这个物体就会逃脱地球的引力束缚。

1795年，法国物理学家、天文学家和数学家拉普拉斯基于牛顿引力理论和光的粒子学说提出宇宙中存在着这样一种恒星：密度类似于地球，但直径比太阳大250倍，那么由于该恒星的自身引力，即使光子也逃脱不了这颗恒星，从而导致我们根本无法观测到它，这就是所谓的“暗星”。

华中科技大学物理华中科技大学（HUST）物理课程享有盛誉，它是学术地位最高的课程之一。

HUST自1952年建校以来，物理课程就一直是它文理类学科的主要内容，迄今仍然保持着第一的地位。

为了解决技术发展的紧迫性和实践性，HUST物理课程注重实践教学，深入研究和理论探讨，努力发展和完善实验室和教学设施。

物理学是自然科学中一种重要的学科，它是深入研究自然界空间、时间、物质、能量和力的一种全面性科学，是理解自然运动规律和现代科学技术核心和基础，也是科学发展的重要支撑。

在HUST，物理系集结了一批优秀的教授，这些教授应用物理学的研究方法，拓展和深化该学科的思想，努力研究实验物理、实验数学物理、量子物理、计算物理、大尺度物理、等离子体物理和原子核物理等。

HUST物理学系与本校综合实验室（Comprehensive Laboratory）有着良好的合作关系，有助于促进学术研究，开展实验研究，促进技术创新，提升物理学的学科实践水平。

该综合实验室的实验室设施包括量子现象实验室、小规模实验室、固体物理实验室、磁学实验室、动力学实验室以及电子数据的图形处理实验室等，这些实验室为学生提供实际操作经验，加深理论知识的理解，并可以提供计算机设备来进行实验室技术操作和学习。

此外，华中科技大学物理学系也采用了多种授课方式，包括课堂教学、小组讨论、实验室作业、讲座等，学生可以通过这些授课方式来获取学习内容和相关知识。

HUST物理学系也会定期举办学术研讨会和科学会议，这样可以更好地增进对物理学的了解和发展。

华中科技大学的物理课程不仅开展理论研究，还非常注重实践教学，鼓励学生积极参与实践，以便能够全面掌握和深入理解物理学的内容。

本校的博士研究生，主要研究方向包括：实验物理学、应用物理学、计算物理学、物理核子学和集成电路物理学等。

总之，华中科技大学物理课程以其文理类学科的传统和特色为基础，不断完善教学设施，在理论和实践的尝试下，以及良好的学术氛围，努力推动自己的发展，为学生提供更加优质的教学和学习环境。

华中科技大学物理学院应用物理学专业本科培养计划Undergraduate Program for Specialty in Applied Physics一、培养目标Ⅰ．Educational Objectives本专业下设理论物理、凝聚态与材料物理、光学、精密测量物理、无线电物理和原子核物理与粒子物理等方向，培养具有宽广而坚实的数理理论基础和熟练科学实验技能，并具有较强的工作适应能力的复合型、创新型人才，既可在物理学、材料学、光电子、信息技术、生物物理、环境和能源等相关专业攻读研究生，也可以从事相关领域高科技开发及科学管理工作。

This program includes various concentrations, including Theoretical Physics, Plasma Physics，Condensed Matter and Material Physics, Optic, Precision Measurement Physics, Radiowave Physics, Nuclear Physics and Particle Physcis. It aims to cultivate talents with broadly and basically theoretical and experimental skills in modern applied physics. The graduates can continue further study in fields of Physics, Material Science, Opto-Electronics, Information technology, Biophysics, Environments and Energy. They are also able to pursue a career of R&D or management in related high-tech industry.二、基本规格要求Ⅱ．Skills Profile1. 系统地、较好地掌握本专业所需的物理基础理论及物理学的基本实验方法和技能；2. 掌握本专业必需的数学基础，并具备较高的外语水平和初步运用计算机的能力；3. 掌握一定的专业物理知识，并进行研究性和应用性的基础训练，具有创新思维能力及解决问题的初步能力。

目录会议议程 (2)学代会章程 (3)筹备委员会名单 (7)学生代表名单 (8)上届团学联工作汇报 (9)监票人、计票人、选举现场监督人名单 (14)主席团选举办法 (15)主席团候选人简介 (19)会议笔记 (22)物理学院第十三次学代会会议议程日期：2012年3月27日时间：19:00--21:30地点：科技楼南楼104第一项介绍到场领导和嘉宾，宣布大会开始第二项全体起立，奏唱团歌第三项物理学院党总支副书记姜芳致开幕词第四项校学生会代表宣读贺信第五项物理学院第十二届团学联主席钱果裕做工作报告第六项颁发物理学院第十二届主席团、部长聘书休会五分钟第七项物理学院第十二届分团委副书记王伟介绍选举方案第八项团学联副主席孙毅宣布监票人、计票人第八项主席团候选人发表竞选演说第九项代表投票并由监票人、计票人统计票数结果第十项由分团委书记黄琎老师宣布投票结果并总结发言第十一项大会闭幕物理学院第十六次学生代表大会章程第一章总则第1条为促进华中科技大学物理学院的学生工作有章可依，结合学院全体同学、党支部、学生会、资助委员会的实际情况，并从院情出发，特制订本章程。

第2条华中科技大学物理学院2012届主席团换届大会（以下简称学代会）是全院学生的最高权力机构，是学院民主管理和民主监督的基本形式之一，是学生参与民主管理的权力机构，代表全院学生的权益，并履行应尽的义务。

代表全院学生的意志，维护全院学生的利益。

第3条学院学代会是在院党总支领导和院分团委指导下，按照本章程的规定程序行使职权的学生机构。

第4条学院学代会的组织原则是民主集中制，学生代表由全院学生通过民主选举产生。

第5条学代会的基本职责(1)全面贯彻党的教育方针，团结和引导广大同学刻苦学习科学文化知识，积极投身社会实践，成为热爱祖国，适应建设有中国特色社会主义现代化事业的合格人才；(2)发挥联系学院各职能部门和广大同学的桥梁纽带作用，参与学院有关学生事务的民主管理，维护广大同学的正当利益，反映同学的意见和要求，推动学院民主建设；(3)指导学生并组织广大同学开展健康有益、丰富多彩的活动，推动学院文明建设，创造富有特色的学院文化氛围；(4)制订、修改学院学代会章程，并监督章程的实施；(5)听取和审议学院学生会工作报告；(6)选举产生华中科技大学物理学院学生会主席团；(7)处理其他事关全院同学的重大事件；第二章权力机构——2012届主席团换届大会第6条按照《华中科技大学2012届主席团换届大会章程》的有关要求，结合工作实际，华中科技大学物理学院学代会代表的总人数按照全院本科生总数10％的比例产生.由全院每个学生班推荐3名代表组成36个代表席位，班级代表任期一年，代表不能出席会议时不得由非代表顶替。

华中科技大学物理学院安全管理制度汇编目录安全管理制度总则 (3)消防安全管理条例 (5)财产安全管理条例 (6)信息安全管理条例 (8)保密安全管理条例 (9)人身安全管理条例 (10)危险化学品管理办法 (11)实验室及办公室安全责任书 (13)物理学院安全工作委员会名单 (15)华中科技大学物理学院安全管理制度总则为进一步加强物理学院的安全工作，防范各类安全事故，确保学院和师生的人身及财产安全，保障正常的教学科研秩序，依据国家相关法规和学校相关规章制度结合学院实际情况，特制订本制度。

第一条安全工作范畴主要包括：消防安全、财产安全、信息安全、保密安全、资金安全、人身安全和技术安全。

具体规定详见消防安全管理条例、财产安全管理条例、信息安全管理条例、保密安全管理条例、财务管理办法和人员安全管理条例。

第二条物理学院安全工作的执行依照“三级安全责任人体系”，层层落实，层层负责。

1.院长书记作为一级责任人，在安全工作中担负领导责任，主要负责全面指导学院安全工作开展，监督和检查各二级责任人安全工作的落实情况；2.各科研和教学中心负责人作为二级责任人，在安全工作中担负督管责任，主要负责组织开展本单位安全工作，通过执行制度规范和定期检查督促各三级责任人落实安全措施；3.各办公、实验用房负责人作为三级责任人，与学院签订安全责任书，在安全工作中担负直接责任，对本人管辖的房间直接负责，必须严格执行学院和本单位安全工作相关制度和规定，防范所辖房间的安全事故。

具体责任人及监管区域详见物理学院安全责任人一览表。

第三条安全工作，人人有责。

所有师生必须牢固树立“安全第一”的思想，严格遵守安全管理制度，防止安全事故的发生。

第四条学院定期开展消防、财产、信息、保密、人身等安全教育，全体师生每人每年至少参加一次各类的安全教育和安全知识培训，提高安全意识，增强责任感。

学院定期开展消防、危险品、信息、人身和财产等安全检查，对于检查出来的问题一周内整改落实。

华中科技大学本科生学习指南华中科技大学本科生学习指南·27·物理学专业本科培养计划Undergraduate Program for Specialty in Physics一、培养目标 Ⅰ．Educational Objectives本专业的目标为培养未来的科学家，使学生具有宽广坚实的物理理论基础、较强的数学和逻辑分析能力、动手实做能力以及实验分析能力。

专业方向有理论物理、等离子体物理、凝聚态与材料物理、光学、无线电物理、原子核物理与粒子物理等，让学生全面地了解物理学发展现况，并且对最前沿的交叉学科有一定的认识，为学生下一阶段进行前沿科学和尖端技术的科研工作打下坚实基础。

下坚实基础。

The objective of this major is to cultivate future ’s scientists. We have tailored our curriculum to provide students with a broad and solid foundation of Physical theories, enhanced capability of mathematical and logical analyses, and a good skill of hands-on and experimental analysis. Some concentrations, including Theroretical Physics, Plasma Physics, Condensed-Matter & Materials physics, Optics, Radiowave Physics, Nuclear Physics, Particle Physics, are built to provide students a comprehensive understanding on the state of the arts in Physics. The goal is to let students have concrete background knowledge for doing research in the future whatever in frontier science and advanced technology.二、基本规格要求Ⅱ．Skills Profile1. 系统地、全面地掌握本专业所需的物理基础理论及物理实验的基本方法和技能；2. 掌握本专业必需的数学基础，具备较高的科技英语写作水平和沟通能力，以及运用计算机进行物理实验和模拟计算的能力；3. 掌握一定的专业物理知识，具有创新思维能力及解决问题的初步能力。

物理学院华中科技大学物理学院是在1983年成立的原华中理工大学物理系的基础上逐渐发展、演变而来。

经过近三十年广大教职工发扬“探物穷理创新，自信自强争先”的精神，埋头苦干，艰苦创业。

现已发展成为具有多个有突出特色的学科研究方向，在国内外有一定影响的物理学院系之一。

多年来，为国家培养输送应用物理专业本科生12800人，硕士博士研究生520余人，并接受了世界多个国家的留学研究生。

目前在读的本科生有近600多人，博士和硕士研究生300余人。

物理学院拥有物理学一级学科博士后流动站；物理学一级学科博士及硕士学位授予权（其中含理论物理，凝聚态物理，无线电物理、等离子体物理、光学、精密测量物理、材料物理与化学七个二级学科博士点），该学科获评为湖北省一级重点学科。

物理学院下设“理论物理中心”、“凝聚态与材料物理中心”、“光学中心”、“引力中心”、“等离子体物理中心”、“地球物理研究所”以及“大学物理中心”、“物理实验中心”和“物理专业教学中心”。

建有科技部“引力与固体潮国家野外科学观测研究站”、“引力与量子物理”湖北省重点实验室、“基本物理量测量”教育部重点实验室、“重力导航”教育部重点实验室（B类）；“引力实验与理论”国家基金委创新研究群体；并参与武汉光电国家实验室(筹)、脉冲强磁场实验装置和磁约束核聚变(ITRE)计划平台的建设；物理实验教学中心获准建设国家级实验教学示范中心。

学院现有教职工116人，其中中国科学院院士3人（含双聘院士两人），博士生导师25人，教授33人，副教授28人；973首席科学家1人；有3人获“长江学者特聘教授”称号；１人获“湖北省优秀中青年专家”称号；4人获“国家杰出青年基金”资助；1人获中科院“百人计划”项目资助；1人被评为“全国首届高等学校教学名师奖”；1人获“第五届全国科普作品奖”一等奖；2人获“全国百篇优秀博士论文指导教师”的称号，指导3位博士生获得“全国百篇优秀博士论文”；2人入选国家百千万人才工程；6人获教育部跨/新世纪优秀人才资助，１人入选湖北省楚天学者；获国家自然科学奖二等奖1项，湖北省/教育部自然科学奖一等奖、二等奖十余项。

耀变体的喷流物理研究康世举【期刊名称】《天文学报》【年(卷),期】2017(058)005【总页数】3页(P130-132)【作者】康世举【作者单位】华中科技大学物理学院武汉430074【正文语种】中文活动星系核(AGN)是一类特殊的活动星系,核心存在着猛烈的活动现象和剧烈的物理过程.耀变体(blazar)是活动星系核的一个子类,其具有相对论性喷流且喷流视角很小,因此集束效应较强,观测到的辐射基本都来自于喷流.相对论性喷流物理还很不清楚,如喷流的形成、喷流的准直和喷流的物质成分等.耀变体多波段辐射为喷流主导,为研究喷流物理提供了理想的实验室.本论文第1章介绍了AGN和blazar研究的部分进展.第2章进一步介绍了blazar 常用的喷流模型.第3章我们利用χ2的方法和喷流模型,同时考虑了不同的外软光子场(宽线区或尘埃环)的影响,对一个具有同时性(或准同时性)多波段能谱数据的低同步峰(low-synchrotron-peaked,LSP)耀变体样本进行了拟合,发现假定外软光子来源于尘埃环红外辐射比假定外软光子来源于宽线区辐射的能谱(Spectral Energy Distribution,SED)拟合的χ2小,表明这些LSP blazar的γ射线辐射区可能位于宽线区以外.同时利用较好的软X射线数据,限制了喷流中一个重要的物理参数(最小电子洛仑兹因子)γmin,其值的范围为5–160(中值为55),该参数对估算喷流功率具有重要意义.如果假设喷流内一个电子对应一个质子,发现通过模型拟合估算的LSP耀变体喷流功率比Fanaro ff-Riley type II(FR II)喷流功率高,可能的解释为这些耀变体喷流存在正电子.若喷流内存在正电子,喷流功率将减小.因此我们认为,喷流成分为正负电子和质子的混合等离子体.假设LSP耀变体的喷流功率与FR II喷流的功率相同,我们发现这些耀变体为正负电子对主导的轻子喷流,喷流正负电子对数密度为质子数密度的几倍,但喷流功率仍由质子主导.对于高同步峰(high-synchrotron-peaked,HSP)BL Lac天体PKS 1424+240,前期用同步自康普顿(synchrotron self-Compton,SSC)模型拟合其多波段SED时发现拟合参数不合理(比如具有特别大的多普勒因子δ),该工作中我们考虑了外软光子场,用轻子喷流模型拟合了耀变体PKS 1424+240天体在不同态的多波段SED,探讨了高同步峰耀变体PKS 1424+240天体的软光子起源问题,发现SSC+外康普顿(external-Compton,EC)模型给出的δ值比较合理.但是需要的外软光子能量密度值小于宽线区或尘埃环软光子能量密度的典型值,这与最近一些BL Lac的研究结果一致,这意味着耀变体的外软光子场随着耀变体光度的减小可能存在演化(平谱射电类星体( fl at spectrum radio quasars,FSRQs)-BL Lac:低能峰BL Lac(low energy peaked BL Lac,LBL)-中能峰BL Lac(intermediate energy peaked BL Lac,IBL)-高能峰BL Lac(high energy peaked BL Lac,HBL)).在此基础上,第5章进一步通过EC过程研究耀变体中外软光子场的演化问题.我们用轻子喷流模型(SSC+EC)和χ2的方法拟合不同光度耀变体样本的同时性(或准同时性)多波段SED,模型计算中外软光子场能量密度Uext作为自由参数.研究不同类型耀变体的外软光子场能量密度,我们发现:(1)高光度LSP耀变体(FSRQs和LBLs)的外软光子场能量密度基本保持不变,但拟合的宽线区外软光子能量密度比观测值小;而红外外软光子能量密度与观测的结果基本一致.这进一步支持LSP耀变体软光子场可能起源于尘埃环,喷流辐射区位置在宽线区外;(2)对于部分IBL天体仍然需要考虑EC过程,但光子场能量密度Uext远小于宽线区(尘埃环)的外软光子能量密度的典型值且随光度的减小而逐渐减小,这种演化与射电宁静(RQ)AGN中宽线区或尘埃环的演化是一致的.最后,我们对耀变体及喷流物理进行了小结和展望.Active galactic nuclei(AGNs)belong to a special class of active galaxies,and have violent active phenomena and intense physical processes in the nuclei.Blazar is a subclass of AGNs,and has a relativistic jet with a small jet viewing angle.Therefore,the boosting e ff ect is very important,and almost all the observed radiation is dominated by the jet.The relativistic jet physics is not very clear yet,such as the jet formation,collimation,and matter content etc.The multi-waveband radiation of blazar is dominated byjet,which provides an ideal laboratory for studying the jet physics.The fi rst chapter of this thesis introduces the recent progress of AGNs and blazars.We further introduce the jet model that commonly used in blazars in the second chapter.In the third chapter,we fi t simultaneously(or quasi-simultaneously)the multi-waveband spectral energydistributions(SEDs)for a sample of low-synchrotron-peaked(LSP)blazars with the jet model and χ2procedure,which takes into account di ff erent soft photon fi elds(broad line region or a molecular torus).We fi nd that the SED fi tting with an external soft photon from IR torus is systematically better than that from the broad line region(BLR)based on a χ2test,which suggests that the γ-ray emitting region most possibly stays outside the BLR.The minimum electron Lorentz factor,γmin,is constrained from the modeling of these LSP blazars with good soft X-ray data,and in a range from 5 to 160(with a median value of 55),which plays a key role in jetpower estimation.Assuming one-to-one ratio of proton and electron,we fi nd that the jet power for LSP blazars is systematically higher than that of Fanaro ff-Riley type II(FR II)radio galaxies.A possible reason for this is that there are some positrons in the jets of these blazars.If this is the case,the jet power will be reduced.Therefore,we propose a mixed composition ofe± −p in the jets of these LSP blazars.If we assume that the jet power of LSP blazars is the same as that of FR IIs,we fi nd that it is an electron-positron pair dominated leptonic jet in these blazars,and the number density of electron-positron pairs is several times higher than that of electron-proton pairs,but the jet power is still dominated by protons.For the high-synchrotron-peaked(HSP)BL Lac PKS 1424+240,the SED fi tting with the synchrotron self-Compton(SSC)model gave unreasonable fi tting parameters(e.g.,a very large Do ppler factor δ).In this work,we take into account the possible external soft photon fi eld,and then fi t the multi-waveband SEDs of blazar PKS 1424+240 with one-zone leptonic jet models in both states.We fi nd the SSC+external-Compton(EC)model can give a better fi tting result if the EC process is included.However,the needed energy density of external soft photon fi eld(Uext)is much lower than the typical value.This result is consistent with the results of some other BL Lacs,where the BLR or torus is very weak or disappearing.It means that there is evolution of the energy density of external soft photon fi eld with decreasing of the luminosity of blazars(the fl at spectrum radio quasars(FSRQs)-BL Lac:low energy peaked BL Lac(LBL)-intermediate energy peaked BL Lac(IBL)-high energy peaked BL Lac(HBL)).And on this basis,in the chapter 5,we further explore the possible evolution of the external soft photon fi eld of blazars based on the EC process.We employ the one-zone homogeneous leptonic jet model and χ2procedure to fi t simultaneously or quasi-simultaneously multi-waveband SEDs for a sample of blazars with a wide distribution of luminosities.In our model,we set Uextas a free parameter.Studying the energy density of the external photon fi eld in di ff erent subclasses of blazars,we fi nd:(1)the Uextof the high luminosity blazar(FSRQs and LBLs)keeps roughly as a constant,which is,however,smaller than that constrained from BLR observations.Assuming IR as the source of soft photons,the Uextis roughly consistent with the torus observational result.This further supports the result that the external soft photon fi eld may originate from torus,and the γ-ray emitting region of these LSP blazars locates outside the BLR.(2)For some IBLs,the EC process may be still needed,but the photon energy density is less than the typical values of the photon energy density of BLR(or dust torus),where the Uextdecreases with decreasing of the luminosity.This evolution is consistent with the BLR or torus as directly constrained from the radio-quiet AGN.The fi nal part summarizes the study on the subject,and makes some suggestions for further researches.。