黑洞 幻灯片.ppt

宇宙的奇异——黑洞
blake hole

?!


依据爱因斯坦的广义相对论,引力使时空弯曲
卡尔·史瓦西黑洞
1783年,英国天文学家约翰·米歇尔想到:如果一颗星星,当它的质量变得连光都无法逃逸,那么这个物体从外表来看就是黑色的,所以在空间内找到这个物体在某种意义上来说是不可能的。米歇尔把它命名为“暗星”。
但米歇尔的“暗星”的问题被遗忘了一个半世纪,直到1916年,才重新浮上水面。德国物理学家卡尔·史瓦西发现了爱因斯坦大质量恒星方程的一个解,这个解指向了一个消化完能量,塌缩的恒星。这个解指出:塌缩的恒星在回缩到一定范围内时,会形成一个“魔球”,拥有强大的重力,以至于超过了光的逃逸速度,所以在“魔球”中,连光都无法逃离。史瓦西没有认识到:他重新发现了米歇尔的“暗星”。
下一步,史瓦西计算了一下“魔球”的半径(即史瓦西半径)。对于一个太阳大小的恒星,“魔球”大约3千米(对于地球,史瓦西半径大约1厘米)。这意味着当一颗星星拥有足够的能量压缩到两英里时,就会变成“黑星”,经过这个不能返回的极限点(即黑洞的事件视界)的任何物体,都会被它“吞噬”掉。但因为黑洞太离奇,所以连相对论方程的提出者——爱因斯坦也不相信它的存在。
双星系统:天鹅座X-1(可能存在黑洞)
你所能看到的最远的距离被称作视界
黑洞的形成
黑洞(Black hole)是根据现代的广义相对论所预言的,在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后,发生引力坍缩(达到史瓦西半径)而形成。黑洞的质量是如此之大,它产生的引力场是如此之强,以至于任何物质和辐射都无法逃逸,就连光也逃逸不出来。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体,故名为黑洞。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。
广义相对论中的黑洞形成
进入黑洞
由于恒星的引力场,在恒星上某人的时间将和在远处某人的时间不同。假定在坍缩星表面有一无畏的航天员和恒星一起向内坍缩,按照他的表,每一秒钟发一信号到一个绕着该恒星转动的空间飞船上去。在他的表的某一时刻,譬如11点钟,恒星刚好收缩到它的史瓦西半径,此时引力场强到没有任何东西可以逃逸出去,他的信号再也不能传到空间飞船了。当11点到达时,他在空间飞船中的伙伴发现,航天员发来的一串信号的时间间隔越变越长。但是这个效应在10点59分59秒之前是非常微小的。在收到10点59分58秒和10点59分59秒发出的两个信号之间,他们只需等待比一秒钟稍长一点的时间,然而他们必须为11点发出的信号等待无限长的时间。按照航天员的手表,光波是在10点59分59秒和11点之间由恒星表面发出;从空间飞船上看,那光波被散开到无限长的时间间隔里。在空间飞船上收到这一串光波的时间间隔变得越来越长,所以恒星来的光显得越来越红、越来越淡,最后,该恒星变得如此之朦胧,以至于从空间飞船上再也看不见它,所余下的只是空间中的一个黑洞。然而,此恒星继续以同样的引力作用到空间飞船上,使飞船继续绕着所形成的黑洞旋转。
观察一个恒星坍缩并形成黑洞时,因为在相对论中没有绝对时间,所以每个观测者都有自己的时间测量。
黑洞吸收恒星的艺术图
穿越黑洞会是致命的
爱因斯坦·罗森桥
爱因斯坦认为黑洞太离奇了