黑洞理论

光线扭曲
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潮汐作用(Tidal effect)
• 重力随距离而减低→物体不同部份受到引 力不同 例﹕人站在地面，脚所受重力大于头
• 潮汐力﹕ 上下扯开， 左右压缩
潮汐力
如何找到黑洞？
• 可以依据其特性来找 到黑洞。研究发现， 黑洞在吸收周围气体， 放射出X射线的过程中， 有着相同的波动规律。 这一发现可帮助天文 学家对黑洞的X射线 “曲调”进行分析并 推算黑洞的质量等特 性。
史瓦西黑洞
黑洞模拟图
黑洞的形成
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。
黑洞的形成
• 当一颗恒星衰老时，它的 热核反应已经耗尽了中心 的燃料（氢），由中心产 生的能量已经不多了。这 样，它再也没有足够的力 量来承担起外壳巨大的重 量。所以在外壳的重压之 下，核心开始坍缩，直到 最后形成体积小、密度大 的星体，重新有能力与压 力平衡。
黑洞的质量
• 一种是超巨质量恒星在核 反应停止后塌缩形成，
• 或者是死亡的恒星爆炸后 其残骸塌缩产生。
• 黑洞是由大于太阳质量的 3.2倍的天体发生引力坍塌 后形成的（小于1.4个太阳 质量的恒星，会变成白矮 星）。在很多星系的中心， 包括银河系，都存在超过 太阳质量上亿倍的超大质 量黑洞。
黑洞的质量
• 没有任何东西，包括光在内，能够逃离开黑洞强大的重 力吸引
黑洞里面是什么？
• 黑洞的内部是什么呢？ 应该说，是更强大，更深层的空间。倘若真的会 有物质被黑洞吸入，就会被它的空间所“消化” 掉，但这会减缓黑洞自身的灭尽过程。不过这黑 洞不是一个过道儿，不会是从这边进，再从那边吐 出什么来。它的方向是从半有半无走向彻底的无， 它只能是越来越走向没有。
黑洞的形成
• 质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质 量比较大的恒星则有可能形成中子星。而 根据科学家的计算，中子星的总质量不能 大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值， 那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡 了，从而引发另一次大坍缩。
黑洞的形成
• 这次，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。
什么是黑洞？
根据广义相对论：
• 引力场将使时空弯曲；
• 当恒星的体积很大时，它 的引力场对时空几乎没什 么影响；
• 从恒星表面上某一点发的 光可以朝任何方向沿直线 射出。而恒星的半径越小， 它对周围的时空弯曲作用 就越大，朝某些角度发出 的光就将沿弯曲空间返回 恒星表面。
什么是黑洞？
• 等恒星的半径小到某一 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。
界限:“事件地平面”，在非自转的黑洞中为完美球面，若黑洞快速自转， 则呈橄榄球状。事件地平面的半径取决于黑洞物质的总质量 一颗质量与太阳相当的黑洞直径约 5 公里，质量为太阳 100 倍的黑洞 直径也不过 500 公里。
不会放出光，(真的是黑的)。 不会主动地去吸取星体或物质，必须是其轨道与黑洞相交才会被 吸入黑洞。 即使太阳变成黑洞，地球与其它的行星仍会绕其公转而不会 一个个被吸进去 到时候看到的“黑洞”太阳只是模糊黑暗的光影，而这些光是来自 飞 近事件地平面的彗星、小行星等星体，在进入黑洞前从质量转换为 能量时所放出的光。
• 他的科普著作《时间简史》在 世界上的发行量已超过１千万 册，成为世界上最畅销的科普 读物。许多人正是通过《时间 简史》认识霍金的。
何人定义“黑洞”一词？
Karl Schwarzschild 在 1916 年就发现了广义相对论中 非旋转黑洞的解释
直到 1967 年它才由诺贝尔物理学奖得主 John Wheeler 定名为“黑洞”(black hole)。
在此之前，理论学家称之为“陷缩星”(collapsar) 或一些 其它并不贴切的名词。
什么是黑洞
• 黑洞是一个时空的黑 暗区，由一些质量颇 大的星体经重力塌缩 后所剩余的东西；
• 是一个重力极大的天 体。
• 视界内任何物质都不 能从里面跑来，甚至 是光都不例外。
• 所以是一颗漆黑的天 体，因而得名为黑洞。
黑洞质量与星系核心质量关系
黑 洞 质 量
星系核心质量
当你往黑洞去的时候，会发生什 么事？
• 越来越接近事象地平面时: 感到潮汐力 感到被拉长 愈接近奇点 ,受到大一点的 吸引力
潮汐力强度和黑洞质量的关系..
• 反比 • 质量越大 , 潮汐力越
小 • 若往一个细小的黑洞
去，还没有到达事象 地平面 , 就已经被潮 汐力扯碎
With the help of Herb's telescope, people can validate some suspect in theorestic physics
霍金的《时间简史》
• 这位继爱因斯坦之后最受大众 注目的科学巨人，尽管躺在轮 椅上，全身瘫痪无法活动，但 思维却比任何人活跃。无时不 刻感受着宇宙的奥秘，无时不 刻向世人传播着激动人心的物 理学，这就是斯蒂芬·霍金。
黑洞的“隐身术”
• 与别的天体相比，黑 洞是很特殊的。例如， 黑洞有“隐身术”， 人们无法直接观察到 它，连科学家都对此 无能为力。那么，黑 洞是怎么把自己隐藏 起来的呢？
黑洞的结构
• 中央是一个体积为零且密度为无限大的地方，称为奇点 或奇异点﹝singularity﹞
• 任何物理定律都会失效，时间和空间都没有意义，因为 这个地方使时间和空间都扭曲
• 有一种说法是，黑洞应该属于“场”的范畴，接 近于半物质状态。
黑洞的产生
•据信黑洞可自两种途径 产生： •一种是超巨质量恒星在 核反应停止后塌缩形成， •或者是死亡的恒星爆炸 后其残骸塌缩产生。
一种重力超强的星体，吸取一切的物质与能量 规模从极微小到超巨大的都有，潜伏在星系的核心，也许星体也与它 有关。