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标题: 天文名词解释：黑洞（black hole） [打印本页]

作者: 夜猫子 时间: 2005-11-8 16:19
标题: 天文名词解释：黑洞（black hole）
黑洞（black hole）

黑洞是宇宙中最神秘的物体，所以叫它黑洞，是因为它们本身不会发出任何可见光。虽然它们曾经是宇宙中最明亮的物体，但当它们在生命结束时的爆发中抛却了明亮的外壳，只留下了超压缩的内核。这个内核的引力极其强大，以致于光也不能从它那里逃逸。所以也就不会有人看到它。它不仅不可见，而且还能吞噬所有靠近它的物质。（右图为画家笔下的星系核在黑洞作用下喷发物质。）

当一颗超新星爆发时，恒星的核一般要塌缩成中子星，但如果这个核的质量大于三个太阳，它就会变成黑洞了。黑洞虽然看不见，但却可以用其他方法探测到它的存在。黑洞只有在靠近另外一颗恒星时才会被探测到。黑洞强大的引力将它附近恒星的气流高速拉到自己身上，它就像一口无底的深井，吸着四周的一切。气体向黑洞倾泄，在黑洞周围形成一个旋涡叫吸积盘。气体间强烈的摩擦使旋转的气体变热发出强光，最热的部分达到1亿摄氏度，这些气体在坠向黑洞时会发出X射线。天文学家最近找到了一个巨大的黑洞，它位于125亿光年以外一个星系的中心，它向宇宙中释放出两道高能物质喷流，并且其中有一道喷流或多或少指向我们地球的方向。初步估计这个黑洞的质量是太阳的100亿倍。

黑洞的巨大引力甚至扭曲了空间和时间。物理学的定律在黑洞的中心失去了意义。没人可以看到黑洞的内部，但数学家却可以证明。计算的结果可能大大出乎人们的想像——黑洞可能是通向其他宇宙的大门。爱因斯坦把空间比喻成一个有弹性的平面，比如说像气球皮。如果把一个球放到这个平面上，它就会出现一个凹陷。球越重越大，凹陷也越深。人们把这形象地称为引力井。如果物质被引力吸入井中，它将永远告别这个宇宙，而可能以另外的形式出现在井的那一端。

黑洞是引力极强的、理论上存在的宇宙体。任何东西，甚至光也不能从其中逃逸。黑洞能够在大质量恒星的死亡时形成。每当一个这样的恒星在它的演化终端阶段已耗尽其内部的热核燃料之时，它变得不稳定并向内引力坍缩。死亡恒星的物质的重量从各个方向向内挤压，并压成一个体积为零，密度为无限大的称为奇点的一点。根据爱因斯坦广义相对论可计算出一个黑洞的结构细节。奇点是黑洞的中心，它被该天体的“表面”（即视界）所屏蔽。在视界以内，物质从其引力场中向外溢出所需的逃逸速度超过光速，所以任何光线也不可能逃离而进入空间。视界的半径称为史瓦西半径。这是德国天文学家史瓦西预言存在发射不出辐射的坍缩恒星天体而得名。史瓦西半径的大小和坍缩恒星的质量成正比。一个10倍于太阳质量的黑洞的半径应是30公里。只有质量超过3个太阳质量的恒星在它们生命的末端才可能变成黑洞；质量较小的恒星则演变成压缩程度较小的白矮星或中子星。最有可能发现一个黑洞的天区似乎应在一个普通恒星附近，因为只能根据黑洞对邻近物质的引力效应，才能检测出它的存在。

如果一个黑洞是一个双星的成员天体，从其伴星中流向它的物质将被强烈地加热，并于进入黑洞的视界之前，辐射出大量的X射线，最后永远地消失不见。许多天文学家认为X射线双星天鹅座X-1的一个子星是黑洞。1971年在天鹅座发现的这个双星由一个蓝超巨星和一个看不见的伴星组成，二子星相互绕转的运动周期是5.6日。

有些黑洞被认为是非星起源的。理论上，当任何质量的物质被压缩到足够大的程度时，都可能形成黑洞。许多天文学家都推测，在类星体和有爆发活动的特殊星系的中心，大量的星际气体可以集聚并坍缩成超大质量黑洞。据估算，气体物质快速落入黑洞产生的能量，超过同等质量的物质在核聚变过程中释放的能量100倍。按照这一观点，几百万或几十亿个太阳质量的星际气体在引力作用下坍缩为一个巨型黑洞所产生的能量可以理解类星体和某些星系的巨大能量输出。20世纪80年代中期，已有越来越多的观测证据支持银河系中心存在一个质量为400万个太阳质量的超大黑洞的说法。

还有科学家认为，银河系中的逃逸恒星在不断运行中相互撞击、挤压形成星团，而星团中心不断积聚的恒星在随后的爆炸和死亡过程中形成中等质量的黑洞。如果一颗“闯入星团中心的逃逸恒星在爆炸成为超新星前质量达到太阳的800至3000倍，它就有可能在随后的爆炸中使星团形成质量约为100至1000个太阳质量的中型黑洞。发生这种情况的前提条件是，该星团形成时间短且密度大。

英国天体物理学家霍金提出，还存在另一种类型的非星黑洞。根据霍金理论，在大爆炸期间，距今约200亿年前，当时的宇宙处在极高的温度和极大的密度状态，那时有可能产生为数众多的微型原生黑洞。这种所谓微型黑洞和大质量黑洞不同，它们不断地损失质量直到消失。在一个微型黑洞和极近处，可以形成诸如质子和反质子这类的亚原子粒子。当一个质子和一个反质子从微型黑洞的引力中逃逸，它们将湮灭并产生能量，即从黑洞中带走能量。如果这一过程一再重复，微型黑洞则耗损掉它的全部能量，也就是全部质量。这就是黑洞蒸发。

黑洞具有一定的温度，其值与黑洞的质量成反比。1974年，霍金证明，如果考虑到黑洞周围空间中的量子涨落，则黑洞的确具有与它的温度相对应的热辐射。计及量子效应后，黑洞不再是完全“黑”的了,它也会发射,甚至出现剧烈的爆发。寻找黑洞，是相对论天体物理学的重要课题。孤立的黑洞难于观测，因此，观测工作着重于在双星体系中证认黑洞。目前，认为最有可能是黑洞的天体，是天鹅座X-1。天鹅座X-1是密近双星中的一个星体。它所发射的X射线没有规则的脉冲结构,但却具有短时标的脉动涨落,脉动时标在几毫秒到10秒范围内；它的质量大于5.5太阳质量，大于致密星的临界质量。这些特征都符合黑洞的特性。另外，观测还表明，在椭圆星系M87的核心，可能有质量为9×109太阳质量的大型黑洞。M87的特征是：在核心处有异常的亮度分布，颜色较蓝，弥散速度也较大。这些都与黑洞模型相符合。按照大爆炸宇宙学，在宇宙早期可能形成一些小质量黑洞,一个质量为10-15克的黑洞,其空间尺度只有10-13厘米左右（相当于原子核的大小）。小黑洞的温度很高，有很强的发射。

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作者: louisren 时间: 2005-12-9 19:18
这么好的介绍也没人顶啊？楼主肯定伤心死了！！！看过之后不回复，没有良心！！！

作者: 计都 时间: 2006-1-14 15:24
黑洞外有没有可能是另一个宇宙阿？

作者: h1h2h3 时间: 2006-1-19 13:03
好。顶

作者: 卢平α 时间: 2006-2-9 20:55
转载:

霍金推翻自己的黑洞理论

　　“我很抱歉，我让科幻爱好者们失望了”
　　全世界的科学家都没有完全理解霍金的新理论，但他的思想却是人类想象力的一道美妙大餐
　　本刊记者/方玄昌冯亦斐 □黄步红
　　2004年7月21日，在爱尔兰首都都柏林举行的“第十七届国际广义相对论和万有引力”大会(GR17大会)上，《时间简史》的作者、英国剑桥大学富有传奇色彩的理论物理学家史蒂芬霍金，向来自世界各地齐聚一堂的科学家和记者宣布，他解决了物理学中重要的一个问题：黑洞究竟有没有破坏被其吞噬的信息。
　　大会上，霍金演讲了他的最新发现，他宣告推翻了自己若干年前建立的著名黑洞理论，并重新讨论了信息守恒的问题。
　　“30年来，这个一直困扰着我的问题终于得到解决，这真是太好了，”霍金在演讲中这样说道。他的有关论文将在近日发表，他将在论文中进一步阐释他的新理论。
　　黑洞不破坏因果律，不再可能帮我们通向其它的宇宙
　　史蒂芬霍金的讲话在整个物理界掀起了轩然大波。加拿大滑铁卢大学物理系主任罗伯特曼博士，与在会的其他800名物理学家一起听取了霍金的演讲。
　　“听完他的讲话后，几乎无人能够理解他所说的内容，大概只有霍金自己明白这些东西。”罗伯特曼这样评价这场天才的演讲。它让人联想到当年“全世界只有3个人理解相对论”的情形。
　　罗伯特曼尽量用生动、浅显的语言来解释霍金理论的前后不同。
　　“40年前，人们开始认真思考黑洞，认为外人(黑洞外的观测者)能够获得黑洞仅有的信息就是质量、电荷、角动量，这意味着，如果你用任何一种物质来做成黑洞，比如压碎的听装啤酒瓶、压扁的恒星、还是其它什么，外人都无法分辨出黑洞里面到底是什么东西。”
　　“霍金30年前的理论认为，从量子力学的角度来考虑，黑洞能够辐射(即著名的霍金辐射)。由于量子作用，啤酒黑洞物质、恒星黑洞物质等都开始辐射，开始蒸腾、四溢。问题在于，霍金原先的计算显示了蒸腾完全属于热效应，这就意味着它不应该包含任何信息——即啤酒黑洞物质和恒星黑洞物质的辐射没有任何差别。所以，当黑洞变得越来越小，最后蒸发到没有时，就意味着已经丢失了全部信息。并且，到了变化的末端，已经无法复原那些信息。”
　　这种理论从诞生之初就遇到了麻烦：它同很多科学家坚持的“信息守恒定律”互为矛盾。这一度被人们称为“黑洞悖论”。
　　如同19世纪的科学家断定了能量守恒定律一样，20世纪的许多科学家提出了信息守恒一说——假如这个说法成立，那么“信息守恒定律”无疑将成为科学界最为重要的定律，也许比物质、能量守恒定律的意义更为深远。霍金的黑洞理论引起的激烈争执就是“信息”在黑洞中是否能够保存、守恒。
　　罗伯特曼介绍说，大多数的物理学家都认为，任何信息都不能被破坏，否则将违背因果律，“出于对因果关系的深信不疑，在给出初始条件的情况下，物理学的工作就是通过过去预知未来。”这意味着，如果信息被破坏了——如同霍金30年前的理论所说，未来就根本无法通过信息来预知。
　　30年间霍金坚持：“信息守恒定律”在黑洞里失效。“在黑洞里，信息确实丢失了。如果它丢失了，它会进入另外一个空间，这个空间称作婴儿宇宙，顾名思义，婴儿宇宙来自我们的这个宇宙。”
　　但现在霍金宣布，他使用欧氏路线积分数学方法，证明出新的答案——信息进入黑洞之后并未被破坏掉，“如果你进入一个黑洞，你所承载的物质和能量将被返回我们的宇宙……它已经被撕裂，但包含了所有你的信息，只是不再被我们轻易辨识。”
　　“新的理论经过进一步推测还将得到另一个结论：它意味着，黑洞不再可能帮我们通向其它的宇宙，或者通向我们宇宙的其他角落——这是霍金以前提出来的说法。”罗伯特曼说。
　　“我很抱歉，我让科幻爱好者们失望了。”霍金在演讲中这样说。
　　霍金愿赌服输，胜者兴味索然
　　对于霍金宣告自己原先的黑洞理论“突然死亡”一事，他在剑桥大学的同事加里吉本斯认为，这件事的发生真是让物理学家“大跌眼镜”，“要知道霍金做学问的方式是相当戏剧化的：他会提出一条理论，并且在它被其他更好的论证推翻之前，一直坚持到底。”
　　霍金如果放弃他原先的黑洞理论，还将输掉一场赌赛。这是一个相当有趣的故事。
　　1997年，霍金和来自加利福尼亚理工学院的两位科学家奇普梭恩、约翰普里斯基尔为各自的黑洞理论设下了一场赌局：霍金和奇普梭恩认为黑洞会将信息尽收腹中而永远不会释放；约翰普里斯基尔则认为黑洞具有一些不为人知的筛孔，信息将通过这些筛孔安全撤离黑洞。胜利方将获得自己选择的一套百科全书。
　　普里斯基尔教授在他的个人网页上用形象、生动的语言介绍了这个赌局及其背后的深奥理论：
　　“霍金原先的黑洞蒸发——消失理论是一个了不起的见识，理论物理界的很多人很多年后才完全意识到霍金所提出的这个问题的深度。他的理论曾经在基础物理界引发了一场真正的危机，让我们看起来不得不至少放弃一条我们所珍爱的信仰。为此，霍金还提出过激进的建议，认为需要修改量子理论的基础。”
　　现在，在都柏林的会场上，霍金在这场赌局中做出了让步。
　　然而普里斯基尔并没有因为自己赢得赌赛而兴奋，“史蒂芬心灵的改变令我惊讶；为什么这个新观点如此强大而令他甘愿推翻自己已经锲而不舍地坚持将近30年的立场，对于我来说，还不清楚其中的原因。”
　　普里斯基尔说，这甚至令他有些许难过：在过去的这些年里，史蒂芬和他就黑洞信息之谜有过很多讨论，他一直享受着这些讨论所带来的乐趣，并从中学到东西，即使他们在讨论中彼此意见不和。
　　“我们现在真的站到了一个立场上，将来也许会发现别的可以争论的东西，但没有什么像黑洞信息问题这样更深刻有趣了。”
　　不过，普里斯基尔对他赢得的战利品倒是很满意：霍金赠给他一套棒球百科全书。
　　仅仅是数学结论？一切依然是未知数
　　原先站在霍金一边的奇普梭恩还拒绝认输。“我还需要看到更多的叙述才会让步，”但他又补充道：“不过我觉得斯蒂芬的决定多半是正确的。”
　　奇普梭恩不愿马上认输的原因很简单：他和他的打赌对手普里斯基尔都没有理解霍金的新理论，他如果现在认输，究竟输在哪儿都不知道。
　　同样，普里斯基尔也还不知道自己为什么赢了。霍金在演讲中表示，他的最新计算显示了视界(即黑洞的表面)，充满了“量子扰动”。而这恰恰和量子力学的核心理论之一、著名的海森堡测不准原理所阐述的内容相似——这些量子扰动能够使得被黑洞吸收的信息逐渐释放出来，这样，原先“黑洞悖论”的结就很自然地打开了。
　　“我并不完全同意他的新观点。我希望霍金在一个月左右后发表的论文里，能提供他在发言中未能透露的细节。我有一种强烈的感觉，霍金的新方法，即使它被广泛地接受，也将会留下挥之不去的关于信息是通过怎样清晰的路径而逃逸的问题。”普里斯基尔说。
　　参加了GR17大会的一些物理学家仍然支持史蒂芬早先的观点，对他推翻自己的说法很是悲伤。其他物理学家则纷纷质疑霍金是否真正解决了“黑洞悖论”这个由来已久的问题。“这还不能让我信服，”来自密尔沃基的威斯康星州大学的物理学家约翰弗来德曼在接受美国《科学》杂志采访时，对霍金使用的数学方法(欧氏路线积分法)提出质疑。
　　量子领域的理论学家有时会乐意采用这种欧氏路线积分法来解决离子和场中的问题。但是，这种方法有时会遇到无穷极限的问题，这是大多数引力理论学家尽量避免使用这种方法的原因。他们更愿意选择一些更加直接的数学方法，例如洛伦兹函数来计算引力问题。目前，还没有人能够证明这两种方法最后能够获得同样的计算结果。
　　弗来德曼说，如若不然，那么霍金的结论至多只能是一个数学答案，而非一条普遍定律。
　　尽管如此，如同罗伯特曼所说，无论最终的结果怎样，霍金的新理论不会影响到今天中午你将吃些什么，但是他的新思想却一定会是人类想象力的又一道美妙大餐。

作者: 卢平α 时间: 2006-2-9 20:56
也是转载...

我国学者认为 “黑洞”是封闭的天体
　　据长春消息，长春科技大学杨学祥教授通过研究发现，“黑洞”是一个完全封闭的天体，其内部的物质既不能出来，外界的物质也不能进去。
　　“黑洞”是一种理论上的预言，很多观测事实表明它可能存在。科学界普遍认为，物质只能进入“黑洞”，而不能逃出“黑洞”。杨学祥教授经过研究认为，由于能量是守恒的，其它天体相对“黑洞”的位能转变为该天体运动的动能。根据他的计算，由于运动天
体速度不能大于光速，所以其它天体不能无限地靠近 “黑洞”。“黑洞”与其它天体之间最短距离是“临界半径”。这表明，一个“黑洞”天体一旦形成，那么物质既不能进入，也不能逃出。
　　杨学祥的封闭“黑洞”模型表明，像“黑洞”这样独立的宇宙似乎不只一个，它们都有自己的确切边界且互不相通，而人类只能观察到自己所在的宇宙。

作者: 卢平α 时间: 2006-2-9 20:57
还是转载...汗

黑洞理论遭质疑
最新一期的英国《自然》杂志报道，美国加利福尼亚劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的天体物理学家乔治·钱普拉因声称，宇宙中并没有人们所说的黑洞，所谓的黑洞不过是由“暗能量”组成的巨大星体而已。“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，是指它是宇宙中的一个无底洞，包括光线的任何物质一旦掉进去，

就再不能逃出，因此人们不能看见它，但知道它存在于冥冥之中。黑洞不会发光，人们也就不能用天文望远镜看到，但天文学家可借观察黑洞周围星体被吸引时轨道波动的情况，以及根据被它的强大引力撕裂的星体发出射线来判定黑洞的存在和位置。
　　乔治·钱普拉因认为，巨大质量的星体发生引力塌缩并不导致形成黑洞，而是导致形成内含“暗能量”并且是由时间和空间构成的星体。由于该星体由暗能量组成，人们也不会看见它。但是该“暗能量”星有独特的引力特性：在这个星体的“表面”之外，情况与黑洞相同，巨大的引力将所有物质都吸入进来，但在星体的“内部”却存在有“负引力”，将物质向外排斥。
　　乔治·钱普拉因预言，如果“暗能量”星足够大，那些被“负引力”排斥出来的电子将转变成为正电子，这些正电子与普通的带有负电荷的电子相遇，二者消失，转化成高能辐射能量，这也就是通常我们在一个星系中心看见的射线，只不过物理学家都把它解释为在此存在黑洞的标志。
　　乔治·钱普拉因的理论目前还不过是一个假说，尚需通过天文观测来证实。

作者: 林中燕语 时间: 2006-4-13 20:27
也许我们就在某个黑洞里呢

作者: qiongni1234 时间: 2006-8-7 16:32
标题: 到底有黑洞吗？？

作者: 喵喵 时间: 2006-8-7 20:20
标题: 回复 #9 qiongni1234 的帖子
先顶一个

作者: 巴刹拿 时间: 2006-8-17 11:15
不错，虽然有点不足，但总的来说还不错

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