当代宇宙黑洞论研究的历史和发展
(梅雪 14213104)
【摘要】早在200多年前,:“宇宙中最明亮的天体可能是看不见的”。那时还没有黑洞这个词。而在1969年,美国物理学家John Archibald Wheeler将这种贪得无厌的空间命名为“Black Hole(黑洞)”之后,整个天文学界对于黑洞的研究和探索不断增加,宇宙黑洞理论也日益完善。本文旨在通过介绍黑洞的一些基本知识如黑洞的起源、形成和基本特征,和对黑洞理论的发展历程进行简单的回顾和总结,对宇宙黑洞理论有更深刻的理解。
【关键词】黑洞黑洞理论起源发展
人类对于宇宙结构、天体演化、宇宙起源等一系列极为壮观的科学和哲学问题的研究,与探索物质结构基元的原子论具有同样悠久的历史。从古希腊关于天梯的优美神话开始,经过康德星云学说、哥白尼日心说、开普勒行星运动三大定律、牛顿万有引力定律直到爱因斯坦的广义相对论,宇宙的神秘面纱正在逐步被怀着巨大热情的人类揭开。科学研究的发展有时是出乎人们意料的——宇宙的起源是黑洞,恒星天体演化后期的归宿之一也是黑洞。近十多年的研究表明,起源于研究天体的黑洞物理学,竟与研究物质的基本粒子理论在某些方面大有合流共进的趋势。这真是科学史上颇具戏剧性和哲理性的奇观。
一、何谓黑洞
所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。1916年,德国天文学家Karl Schwarzschild通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解标明,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在指点周围存在一个界面——“视界”,一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天梯”被美国物理学家John Archibald Wheeler命名为“黑洞”。所以对黑洞的现代定义是,“黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体”。
二、黑洞的产生
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程:某一个恒星在准备灭亡,核心在
自身重力的作用下迅速的收缩,塌陷,发生强力爆炸。当和心中所有的物质都变成中子时收缩过程理解停止,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引力,使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。
当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料,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,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。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”就诞生了。
三、黑洞的基本性质
1. 黑洞辐射:黑洞不黑。1974年霍金证明黑洞有一个不为零的温度,有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理,一切比其周围温度高的物体都要释放出热量,黑洞不能发光,霍金辐射是黑洞吸收了真空涨落产生的粒子对中的一个产生。性质:质量越小的黑洞辐射功率越大。
2. 黑洞无毛定理:黑洞很简单。197
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