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黑洞综述
李尚伟(10131223)
(中国石油大学(华东),青岛266580)
 
摘要:简要介绍了黑洞相关的一些知识。简要介绍了黑洞的形成过程及黑洞的一些基本特性,然后介绍了几种探测黑洞的基本方法。
关键词:黑洞;黑洞的形成;黑洞的性质;黑洞的探测
 
1 引言
早在1796年,法国数学家、天文学家拉普拉斯就预言“一个密度如地球而直径为250个太阳的发光恒星,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。”因为他用牛顿的万有引力定律计算,所得结果并不正确。但是这是“黑洞”提出的雏形。爱因斯坦的广义相对论则预言当天体质量十分大时,将对周围的空间产生影响,使之弯曲。1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,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,即在质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“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇巴德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名为“黑洞”。经过很多年的努力,人们确定了黑洞的存在。
2 黑洞是如何形成的
恒星
要论述黑洞的形成,首先要看一下黑洞的前身,即恒星。恒星的能量来源是核聚变。像我们的太阳,其内部绝大部分的元素是氢元素,氢元素在恒星内部极端的高温高压下相互碰撞,聚变成氦元素。核聚变的过程产生能量,这使恒星得以抗争万有引力引起的巨大的塌缩趋势,从而维持着恒星的平衡。
恒星的塌缩
当恒星内部的氢元素消耗殆尽时,内部的氦元素开始聚变成碳元素,然后碳元素聚变成氧、硅等更重的元素,直到开始聚变成更重的铁元素。因为铁元素再进行核聚变的时候就不会再释放能量了,恒星无法再提供足够的能量对抗引力,这就意味着这颗恒星的寿命的终结。恒星开始塌缩。
但是根据推算,恒星的质量不同,其演化的方向也是不同的。,恒星内部不能提供足够的温度和压力使比较重的元素发生核聚变,这时就能形成核心由氧、氖和镁组成的白矮星。。,当它的半径不断缩小,直到小于史瓦西半径时,它的引力是如此之大,甚至连其表面的光都要被引力拉回去。这时候,一个黑洞就形成了。
3 黑洞的一些特性
视界
黑洞的引力是如此巨大,其表面发出的光都无法逃离。对黑洞有一个视界的概念:经典黑洞的视界相当一单向膜,物质和辐射只进不出。史瓦西黑洞的视界为半径等于引力半径的球面,和无限红移面重合。
其数值等于宇宙年龄和光速乘积的一段距离。是我们所能看到的最远距离。距离大于视界的两个事件无因果联系。
“黑洞无毛定理”
无论什么样的黑洞,其最终性质仅由几个物理量(质量、角动量、电荷)惟一确定。即当黑洞形成之后,只剩下这三个不能变为电磁辐射的守恒量,其他一切信息(“毛发”)都丧失了,黑洞几乎没有形成它的物质所具有的任何复杂性质,对前身物质的形状或成分都没有记忆。其实这是一种消繁归简的命名原则! 于是“黑洞”的术语发明家惠勒(. Wheeler)戏称这特性为“黑洞无毛”。

在“真空”的宇宙中,根据海森堡测不准原理