黑洞与时间弯1.doc

序号 2187黑洞与时间弯曲刘伟康航海学院10级海事管理1班 2220103880 摘要：本文主要介绍了关于黑洞的来源以及其中一些奥秘，因为其有巨大的引力，即使是光也无法逃出他的吸引，于是引出了一个重要的话题，黑洞是否会是时间弯曲呢？此文主要是基普S索恩一些对于黑洞与时间弯曲的观点。关键词：黑洞，时间弯曲一、 黑洞的形成与其具有的特点 黑洞这个带有神秘色彩的词语，现在的人们可以说是无人不知无人不晓，但是大部分的人也只是只知道有这个词语，但是他是什么人们并不了解，也并不知道黑洞是什么，现在我们就先了解一下黑洞的形成和他的特点。 （一）黑洞是怎样形成的 黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重力的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的力量，使得 任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量伽马射线爆。 也可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素氦元素。接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与聚变，和氢元素燃尽。而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，就再不能逃出。跟白矮星和中子星一样，黑洞可能也是由质量大于太阳质量好几倍以上的恒星演化而来的。 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，直到最后形成体积无限小、密度无限大的星体。 物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很无限小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小于史瓦西半径），质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出“黑洞”诞生了。 （二）黑洞的特点 与别的天体相比，黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，物理学家也只能对它内部结构提出各种猜想。而使得黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的空间。根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但相对而言它已弯曲。在经过大密度的天体时，空间会弯曲。光也就偏离了原来的方向 在地球上，由于引力场作用很小，空间的弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。 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”。 二、 黑洞引起的时间弯曲（一） 时间弯曲的理解 时间弯曲，你就把时间想像成是一根弹簧正常情况下弹簧是均匀的，这就是我们一般情况下所认为的时间弹簧如果传递振动的话是以纵波的形式的就会有密部和疏部，时间也会有“疏密”。弹簧密的部分在一厘米内会比静置时多N个圈，而时间在“密”的时候也会相对比一般时间（我们的时间）里同样的时间长度来得多N秒，“疏”的时候相反这就是时间弯曲，而时间弯曲当然不是弹簧传递振动那样啊，而是哪里的引力场大，什麼物体的加速度高，那里的时间就弯曲得更厉害也就是更“密”相对论表明，时间是可变的，不同运动状态的人彼此之间的时间流逝快慢可以不同，因而解释为时间的弯曲。（二） 黑洞与时间弯曲的关系 在近黑洞周围，时间膨胀率与空间曲率呈正相关，就是说引力强度越大，时间流逝越慢。根据等效原理，质点的运动速度越快，它所获得的相对论质量越大，在它上面的时间流也越慢。黑域的时间膨胀效应与此类似。但这里还是有很大一个区别，无论是黑洞视界表面或是光速运动的质点上，光速并不以参照系改变而改变，仍是诡异的30Wkm/s。而在黑域中，光速竟然下降到几十KM/s，这里可以假设黑域内电磁波波长不变，电磁波的频率降低，就相当于电子表的的石英晶体被换成低频率的晶振一样，致使黑域（包括其中每个基本粒子）时间流变慢。倘若观察者不选择黑域外参照系的话，他在黑域内是观察不到时间流变慢的，神经电脉冲与计算机电脉冲频率在黑域中仍是以其中的光速为基准，既然小说中人能在黑域中活得很好，那么计算机等设备也能在黑域中照常运行，只是与黑域外空间相比运行慢了不少。不过，这里还有些问题，在三维空间里物体的结构、化学反应的进行都是按照现有的电磁学规律维系的，而光速的改变会导致电磁学规律的改变。按麦克斯韦的理论，电磁波的传播速度(c)与真空介电率(E0)和真空磁导率(U0)成定值的函数关系:c2=1/E0*U0，光速的改变导致电磁力改变从而使得电子落到原子核上令原子坍缩， 质子与电子结合形成中子，原子核间空隙距离降低进而强核力与引力占主导，最后可能形成中子简并态物质。 所以可能黑域外的物体一进去就坍缩成中子星了。三、 对于黑洞与时间弯曲的认识人们都在幻想着时光倒流的猜想，爱因斯塔给我们留下了这个谜题，也留下了这个希望。随着现在物理学的发展与研究，是否爱因斯坦的结论会屹立不倒？还是或者他会像经典的牛顿力学一样成为物理进步的屏障？一切只有等到进步的研究，当达到光速时会发生什么？进入黑洞时有时怎样？会时光倒流吗？一切谜题就让后来的事实来验证吧！参考文献：1 基普S索恩：黑洞与时间弯曲2000年4月2 霍金：时间简史（普及版）2006年1月1日3 伦敦皇家学会哲学学报，约翰米歇尔：1783年4 /z/q284361330.htm5/question/29739392.html?fr=qrl&cid=987&index=2&fr2=queryBlack hole and dynamic time Abstract: his article focuses on the sources and some of the mysteries of black holes, because there is a huge amount of gravity, even light cannot escape his attraction, and leads to an imp