黑洞(成品-141赵旭东,135袁凯文小组)

黑洞空间Themysteryofblackholes期号：001黑洞奥秘又何为黑洞最新霍金提出的与广义相对论的黑洞理论又为何物1黑洞之旅开始了2Themysteryofblackholes黑洞奥秘目录CONTENTS31.黑洞初识4-102.认识超行星11-12

3.宇宙大爆炸13-144.黑洞之演化过程15-16

初识黑洞4黑洞之广义相对论5

黑洞这个词可能会让人联想到一个黑色的大窟窿，进去了就出不来了！这其实也就是广义相对论下黑洞差不多了——黑洞（英文：Blackhole）根据广义相对论所预言、在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体和星体（非一个“洞”）。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽后，发生引力坍缩而形成。黑洞的质量太大，它产生的引力场过于强，以致于任何物质和辐射都无法逃逸，就连传播速度最快的光（电磁波）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。

黑洞很容易让人望文生义想象成一个大窟窿！基本简介：超新星爆炸除了往外炸开的残骸之外，原先核心部分仍继续向内塌缩。这时有两种可能的情况会发生。核心质量很大的，一般认为大约大于3到5个太阳质量，会一直塌缩下去，变成一种很奇怪的物体:黑洞。黑洞质量无限大，可是体积却无限小，所以在天文学上称之为“奇点”。研究历史：

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。他是在1783年写给亨利·卡文迪什的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”。

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。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吸积是什么我们将在后面再介绍如何观测？既然黑洞发出的光线无法逃逸，那我们该如何观测呢？(1)双星吸积，即黑洞对周围恒星的吸积现象是可以被观测的。(2)黑洞接近无限大的引力可以某恒星的光线弯曲很厉害产生的引力透镜让我们看到恒星的全貌，即使该恒星背面我们没有黑洞帮忙是永远也看不到的。(3)黑洞吸积物质会产生非常强大的X射线暴。我们的科学家就是通过这些现象再加以计算推断就知道是不是黑洞了。

黑洞（上）6黑洞（中）7黑洞（下）81黑洞新定论

取而代之的，霍金提出一个所谓“视边界”的名词，并将其定义为光线无法从中逃逸的界面。根据广义相对论，对于一个不发生变化的稳定黑洞，这样的两个边界是相同的，因为试图从黑洞内部向外逃逸的光线最终只能抵达事件边界，此后就无法再继续往前，就像人在跑步机上奔跑。但理论上看，这两个边界定义也有可能不出现重合。条件是如果黑洞正不断吞噬新的物质，此时其事件边界将会不断扩张，使其比“视边界”的范围更大。

如果霍金是正确的，那么黑洞的核心甚至也可能并不存在所谓的奇点。相反，物质只会被暂时性的困在黑洞视边界后方，并在黑洞引力作用下不断向下掉落，但永远不会抵达其核心并被压碎。有关这些物质的信息也不会被毁灭，但会被完全搅乱，以至于当其最终被通过霍金辐射的形式再次释放出去时，这些信息已经面目全非，几乎不可能再解译出其当初的模样。佩吉表示：“这简直比你想从已经烧成灰的书本中恢复上面写的内容还要困难。”在他的论文中，霍金则将其比作对天气的提前预报——从理论上看是可能的，但实际上你永远无法在很高的精度上实现这一点。9

相反的，在上世纪1970年代，霍金曾经提出黑洞会“蒸发”的观点，即通过所谓“霍金辐射”的方式散失能量并不断收缩。在这种情况下，理论上说事件边界将会逐渐缩小到比视边界更小的范围。而此次霍金的最新理论认为这一视边界应当被作为是黑洞的真实边界。在论文中，霍金写道：“没有事件边界就意味着不存在黑洞——如果我们对黑洞的定义是光线永远无法从中逃脱的话。”

黑洞是宇宙中最奇特和最神秘的天体，是超强引力源，时空的扭曲者，其超强引力使得连宇宙中跑的最快的光都会被它拉住，而逃不出它的“魔掌”,它是在时间和空间中形成的“洞”.它在不断地吸积着周围的物质，质量增加，它是空中的“强盗”，光子的“牢笼”。它贪得无厌，永不停息地吞噬着周围的一切，这就是黑洞的经典图象——这便是大多数是普通人对黑洞的见解，但是事情并非此！！！黑洞新定论其实黑洞并不存在！！10超新星

——多种恒星生命的最后归宿超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明亮，过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系，并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美。恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一光速的速度向外抛散，并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会导致形成一个膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构，这被称作超新星遗迹。

在一颗大质量恒星（a）的演化后期，不同元素构成的洋葱层状结构进行核聚变反应并形成铁核（b）。铁核的质量达到钱德拉塞卡极限并开始坍缩，铁核内部的原子核被压缩为中子（c），导致内陷的物质反弹（d）并辐射向外传播的激波（红色表示）。激波因能量消耗而停止传播（e），但由由于某一过程（可能与中微子的相互作用有关）重新获得能量。这导致了周围物质因爆炸而向四面八方喷射（f），只留下一块中子简并的残余（中子星）。当前的研究模型超新星内核的坍缩速度可以达到每秒七万千米，这个过程会导致内核的温度和密度发生急剧增长。内核的这一能量损失过程终止了向外的简并压力与向内引力的彼此平衡。在光致蜕变的作用下，γ射线将铁原子分解为氦原子核并释放中子，同时吸收能量；而质子和电子则通过电子俘获过程（不可逆β衰变）合并，产生中子和逃逸的中微子。

11超新星he黑洞

光怪陆离的超新星遗迹或存在“千岁黑洞”令人惊讶的黑洞会“打嗝”2014年5月19日国外媒体报道，NASA“钱德拉”X射线空间望远镜的最新观测数据发现罕见的“神秘爆发”创造了我们银河系最年轻的黑洞，在一个超新星残骸附近，科学家发现了可能是银河系中最年轻黑洞的踪迹，这处超新星残骸被称为W49B，在此之前，W49B被认为是一处强伽马射线暴天体，最新的研究显示超新星遗迹中存在物质流抛射的现象，其距离我们大约2.6万光年，年龄在一千多岁左右。然而，钱德拉望远镜对这片区域的X射线以及射电脉冲检测后并没有发现中子星，麻省理工学院的丹尼尔·卡斯特罗认为这颗超新星爆发后形成了一个非常年轻的黑洞，在行为上看，W49B像是一台喷泵，而伽玛射线暴则标志着黑洞的诞生。6月4日消息，据国外媒体报道，黑洞也会“打嗝”，你相信吗？天文学家日前观察到在遥远的星系中心发生了一次黑洞“打嗝”现象。科学家表示黑洞“打嗝”时所释放出的亮度相当于是星系中最大恒星爆炸时的10倍。上述黑洞“打嗝”现象是在天文学家研究NGC660星系的过程中发现的，该星系与双鱼座星系相距4400万光年。位于波多黎各阿雷西博天文台（AreciboObservatory）的研究人员罗伯特-明钦（RobertMinchin）在发表的一份声明中表示：“上述现象是我们在偶然情况下发现的。事实上，我们对于遥远星系中黑洞的观察已经持续了数年时间，我们发现黑洞在“打嗝”时，星系的状态由稳定向不稳定剧烈转变。”有阿雷西博天文台的科学家认为黑洞的打嗝现象实则为一种向外喷气现象。12

早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。研究历程1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开始就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。1932年勒梅特首次提出现代宇宙大爆炸理论，1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成的。

1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆、炸理论，认为宇宙由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成的。

爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们现在所看到的宇宙。宇宙大爆炸13宇宙大爆炸14

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。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。通常天体物理学家会用“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。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期，当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的。行星（包括地球）也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。当中央天体是一个黑洞时，吸积就会展现出它最为壮观的一面。黑洞除了吸积物质之外，还通过霍金蒸发过程向外辐射粒子。吸积

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，但是粒子仍有可能出去。霍金还证明，每个黑洞都有一定的温度，而且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。一个太阳大的黑洞，大约要1后面66个0年才能蒸发殆尽；一颗小行星大小的黑洞会在1小数点后面21个0加1012秒内蒸发得干干净净。黑洞演化之吸积与蒸发15最后的生命毁灭

黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。当英国物理学家史蒂芬•霍金于1974年做此预言时，整个科学界为之震动。霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论，他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。假设一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近的话就会有两种情况发生：两粒子湮灭、一个粒子被吸入黑洞。“一个粒子被吸入黑洞”这一情况：在黑洞附近创生的一对粒子其中一个反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生，我们设反粒子携带负