关于黑洞问题研究综述.docx

关于黑洞探索研究综述
【摘要】 人类总是对神秘的宇宙充满了好奇心。 自从黑洞的猜想被提出以来, 众
多科学研究者纷纷致力于黑洞的探索与研究,许多与黑洞有关的理论被一一提
出。而近几年, 我国的科学工作者也在黑洞研究史上留下了属于自己的一笔。 相
信随着研究的深入,终有一天我们会揭开黑洞那神秘的面纱。
【关键词】黑洞 研究 理论
天文学中很多研究看似和生活毫无干系, 但是却能帮助人类更好
地了解外部世界。黑洞,是研究宇宙起源的关键问题之一,自然也是
一大研究热门。黑洞是在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体,
是由质量足够大的恒星在核聚变反应燃料耗尽而死亡后, 发生引力坍
塌而形成。黑洞质量是如此之大,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。
一、有关黑洞的著名理论
1. 最早的关于黑洞的预言 (1783 年、 1796 年)
最早预言黑洞的人是英国剑桥大学的学监米歇尔( J. Michell )
和法国科学家拉普拉斯( P. S. Laplace )。1783 年,米歇尔指出,
一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引力场, 以致于连
光线都不能逃逸 —— 任何从恒星表面发出的光, 还没到达远处即会被
恒星的引力吸引回来。 米歇尔暗示, 可能存在大量这样的恒星, 虽然
会由于从它们那里发出的光不会到达我们这儿而使我们不能看到它
们,但我们仍然可以感到它们的引力的吸引作用。到了 1796 年,拉
普拉斯则提出:“天空中存在着黑暗的天体,像恒星那样大,或许也
像恒星那样多。一个具有与地球同样的密度而直径为太阳 250 倍的明
亮星球,它发射的光将被它自身的引力拉住而不能被我们接收。 正是
由于这个道理,宇宙中最明亮的天体很可能是看不见的。 ”
2. 广义相对论的黑洞理论 ( 1915 年)
爱因斯坦的广义相对论认为, 物质的存在会造成时空的扭曲, 人
们通常所说的万有引力就是时空扭曲的表现。 由爱因斯坦广义相对论
所推导出来的结论产生了黑洞的概念:一个核反应完全停止的星体,
无力顶住万有引力而坍缩;当原子被压破时,就会变成白矮星,而恒
星量较大时,则还会敲开原子核,变成挤成一团、密度更大百万倍的
中子星;如果坍缩的恒星质量更大时,则坍缩还会进行下去,所有物
质会无可避免、永远坍缩下去,所有质量将集中在一个没有大小的 “奇
异点”上。广义相对论的中心思想是质量会扭曲其附近的时空;而黑
洞本身的特质, 是为极大的质量集中在极小的区域内, 因此黑洞是一
个具有极大质量与引力的星体,其引力大到使光线路径扭曲的程度,
足以令光线无法逃跑。
( 1975 年、 2004 年)
1975 年,霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大,进入
其边界的(也即所谓“活动水平线”的物体)都会被其吞噬而永远无
法逃逸。黑洞形成后,就开始向外辐射能量,最终将因为质量丧失殆
尽而消失。然而在这种所谓的“霍金辐射”中并不包含黑洞中有关物
质的任何信息。一旦黑洞消失,所有信息也将全部丧失。换言之,人
类永远不可能知道黑洞里面是什么样子。 这便是所谓的 “黑洞悖论”。
而该理论与量