认识黑洞PPT课件.ppt

2020 3 20 1 2020 3 20 历史上 第一个意识到一个致密天体密度可以大到连光都无法逃逸的人是英国地理学家JohnMichell 他在1783年写给亨利 卡文迪什一封信中提出这个想法的 他认为一个和太阳同等质量的天体 如果半径只有3公里 那么这个天体是不可见的 因为光无法逃离天体表面 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 研究历史 2 神奇的黑洞 自古以来 人类便一直梦想飞上蓝天 可没人知道在湛蓝的天幕之外还有一个硕大的黑色空间 在这个空间有光 有水 有生命 我们美丽的地球也是其中的一员 虽然宇宙是如此绚烂多彩 但在这里也同样是危机四伏的 小行星 红巨星 超新星大爆炸 黑洞 2020 3 20 3 关于黑洞不得不提的科学家 霍金 霍金 全名斯蒂芬 威廉 霍金 渐冻症患者 全身瘫痪 不能发声 他是英国剑桥大学著名物理学家 被称为 宇宙之王 是黑洞研究最著名的科学家 2020 3 20 4 我们讲下面几点 2020 3 20 5 黑洞到底是什么呢 宇宙中有一个奇怪的天体 它的引力极强 连速度最快的光也休想从它那里逃脱 所以人们看不见它 把它叫做 黑洞 黑洞并不是实实在在的星球 而是一个几乎空空如也的天区 2020 3 20 6 具体形成过程 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 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 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 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 正象我们黑洞上面介绍的那样 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 2020 3 20 7 天文学家又是怎样发现和观察黑洞的呢 黑洞本身虽然不能发出任何光线 但它对于周围物体 天体的巨大引力依然存在 当周围物质被它强大的引力所吸引而逐渐向黑洞坠落时 就会发射出强大的X射线 形成天空中的X射线源 通过对X射线源的搜索观测 人们就可找到黑洞的踪迹 2020 3 20 8 2020 3 20 如何探测和发现黑洞 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 9 黑洞的产生 恒星死亡图片 2020 3 20 10 外观绚丽的黑洞 小程 2020 3 20 11 黑洞的演化过程 蒸发过程黑洞喷射物不断变亮 2020 3 20 12 1 积吸 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 2020 3 20 13 2 蒸发 由于黑洞的密度极大 根据公式我们可以知道密度 质量 体积 为了让黑洞密度无限大 那就说明黑洞的体积要无限小 然后质量要无限大 这样才能成为黑洞 黑洞是由一些恒星 灭亡 后所形成的死星 它的质量极大 体积极小 但黑洞也有灭亡的那天 按照霍金的理论 在量子物理中 有一种名为 隧道效应 的现象 即一个粒子的场强分布虽然尽可能让能量低的地方较强 但即使在能量相当高的地方 场强仍会有分布 对于黑洞的边界来说 这就是一堵能量相当高的势垒 但粒子仍有可能出去 2020 3 20 14 2020 3 20 15 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 3 20 16 3 毁灭 由于霍金辐射的存在 正粒子所带的能量逃出黑洞 黑洞能量减少 由E mc 2得其质量也将减少 质量减少 温度升高 这样 当黑洞损失质量时 它的温度和发射率增加 因而它的质量损失得更快 这种 霍金辐射 对大多数黑洞来说可以忽略不计 因为大黑洞辐射的比较慢 而小黑洞则以极高的速度辐射能量 直到黑洞的爆炸 2020 3 20 17 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 2009年10月15日 科学 杂志宣布 世界上第一个 人造黑洞 在中国东南大学实验室里诞生 不过 这个小型 黑洞 不仅不会毁灭世界 还能帮助人们更好地吸收太阳能 2020 3 20 18 2020 3 20 19 黑洞的分类 2020 3 20 20 目前发现的最大的黑洞 目前发现的最大的黑洞是大熊星系中心的黑洞 质量为太阳的100亿倍 2020 3 20 21 既然有黑洞 有没有白洞呢 黑洞 虫洞 白洞 虫洞 连接黑洞和白洞的时空细管 白洞 吐出 物体 黑洞 吸入任何物体 2020 3 20 22 如何探测找到黑洞呢 黑洞目前还算是理论上的天体 因为还没有人直接观测到它 以下四点是观测黑洞常提到方法 2020 3 20 23 宇宙弦 宇宙弦 Cosmicstring 是指物质在宇宙中分布排列所出现的物质弧线 科学家认为 它应出现于宇宙大爆炸之初 0秒到1秒之间的极短瞬间 此种物质的形态为封闭的环 可作弦式振荡 所以取名宇宙弦 2020 3 20 24 2020 3 20 25 时间场异常 黑洞周围由于引力强大的因素 理论预期会发生时间场异常现象 这包含了周围的参考系拖曳圈及事件视界效应 此外 由于时间物理学尚未发展 时间意义失效的区域 目前物理学还无能力进行探讨 2020 3 20 26 2020 3 20 时间场异常 美国宇航局2010年11月15日发现地球附近有一个年仅30岁的黑洞 这也是人类科学史上发现的最年轻的黑洞 这个最年轻的黑洞是天文学家利用美国宇航局的钱德拉X射线望远镜发现的 它为观测这类婴儿期天体提供了独一无二的机会 美国宇航局声称 这个黑洞将能够帮助科学家更好地理解大质量恒星是如何爆炸的 恒星爆炸后留下的是黑洞还是中子星 以及银河系和其他星系黑洞的数量 这个30岁的黑洞是距离地球约5000万光年的M100星系中的超新星 SN1979C 的余烬 根据钱德拉X射线望远镜 美国雨燕卫星 欧洲宇航局牛顿X射线天文望远镜 XMM Newton 以及德国伦琴卫星获得的数据显示一个明亮的X射线源 这个X射线源在1995年到2007年这段观测期内一直非常稳定 这表明这个天体是一个黑洞 它正在吞噬这颗超