黑洞.ppt

1黑洞( Black Hole ) 2 黑洞趣事黑洞因为质量巨大,从一个地方到另一个地方,引力变化非常巨大,所以时间差距也巨大。如果喜马拉亚山处在黑洞周围,当一群登山运动员从山底出发,比如说他们所处的时间是 2005 年。登上山顶需 2年,他们发现达到山顶时有可能是 2006 年。 3 假如银河系被一个黑洞所吸引,在被吸收的过程中, 银河系会变成一个米粒大小的东西。银河系里的一切东西包括地球都按相同比例缩小。所以在地球上的人看来,银河系依旧是浩瀚无边。地球上的人依旧照常上班学习,跟他们在正常情况下一样。因为在他们看来,周围的人和物体和他们的大小比例关系不变。他们浑然不知这一切都发生一个米粒大的世界里。 4 前言: “我没有从会上获得任何东西。我什么也没有学到。因为没有实验,这是一个没有活力的领域,几乎没有一个顶尖的人物来做工作。结果是一群笨蛋(126 个)到这儿来了,这对我的血压很不好。以后记着提醒我再不要参加任何有关引力的会议了。” 20 世纪 60 - 80 年代先后发现了类星体、脉冲星(休伊什 1974 ,赫尔斯、泰勒 1993 脉冲双星)和微波背景辐射(1978 、 2006) ,使得宇宙学和黑洞研究取得重大进展。 60 年代之后,大爆炸宇宙模型发展为暴胀模型。上世纪末,又通过超新星观测数据的精细分析,发现宇宙正处在加速膨胀之中,于是各种暗物质、暗能量理论应运而生,推动广义相对论基本理论的研究走向高潮。 5 1. 黑洞为何物? 从天体物理角度来讲,黑洞是密度非常大的星体(类似星球),会产生超强的引力,外界永远接收不到内部的信息。从数学的方面来定义,黑洞是时空中的一个区域,这个区域的引力非常强,使得光也被吸引住了,在外部的观测者而言,只能是根本看不见的。靠近它的所有物体都被它的引力所束缚(就好像人在地球上没有飞走一样),不管用多大的速度都无法脱离。对于地球来说,以第二宇宙速度( )来飞行就可以逃离地球,但是对于黑洞来说,它的第二宇宙速度之大,竟然超越了光速,所以连光都跑不出来。所以要想探测黑洞是一件及其困难的事情。 6 2. 黑洞研究史黑洞,于 1969 , Black Hole 。费曼曾经说: “有人说惠勒晚年陷入了疯狂,其实惠勒一直都疯狂。”“大学里为什么要有学生? ”“最后一位巨人” 7 惠勒是美国物理学中的标志性人物,美国曼哈顿计划中的“老兵”、量子引力理论研究先驱和人们耳熟能详的“黑洞”概念提出者。作为普林斯顿大学的教授和美国物理开拓时期的科学家,惠勒主要从事原子核结构、量子理论、广义相对论及宇宙学等研究。“疯狂”的老师: 人们一般认为存在一个客观的已经发生过的历史,但是惠勒则说,并没有一个历史存在在哪儿,除非它被今天所观察到。甚至,我们今天的观察,能够对过去的历史产生影响,一直影响到宇宙的创生(延迟选择实验)。“大学里为什么要有学生? ”惠勒说, “那是因为老师有不懂的东西,需要学生来帮助解答。” 8 1970 年代初期,惠勒的学生贝肯斯坦(Bekenstein )提出,黑洞的视界面积正比于黑洞的熵,这个思想与当时的霍金等人“黑洞无毛”的观点相悖,几乎所有的黑洞物理学家都站在霍金一边,只有惠勒支持贝肯斯坦,他说: “这个想法足够疯狂了,所以它很有可能是对的。”惠勒在普林斯顿开设广义相对论课程之后,又有惊人之语曰:要想了解一个新的领域,就去开一门这个领域的课程。写了《引力》后又说:要想了解一个新的领域,就写一本关于那个领域的书。他的学生: 理查德·费曼( Richard Feynman ) 休·艾弗雷特( Hugh Everett ) 贝肯斯坦( Jacob D. Bekenstein ) 9 10 我们假设这个实验在宇宙尺度进行,则其物理过程如下: 过程 1’,有一个又一个光子,从太空遥远的星系来到地球,进入实验室的仪器。 过程 2’,观测者把半透镜放到 C处,经调整,使上面的探测器不停地响,下面的没有反应。 过程 3’,把半透镜拿开,两个探测器轮流作响。 问题:光子究竟走一条路还是走两条路。 分析之前,需要强调两个前提。( 1)光子在同样的实验条件下,应表现出同样的行为。可称之为稳定性前提,这几乎是人类知识存在的前提。( 2)所有光子的性质都是相同的。只有这样,对不同的光子所作的实验,才能相当于对同一个光子进行不同的实验。