神秘的黑洞.doc

该【神秘的黑洞 】是由【Gebu】上传分享，beplayapp体育下载一共【7】页，该beplayapp体育下载可以免费在线阅读，需要了解更多关于【神秘的黑洞 】的内容，可以使用beplayapp体育下载的站内搜索功能，选择自己适合的beplayapp体育下载，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此beplayapp体育下载到您的设备，方便您编辑和打印。2现代科学技术概论在宇宙中存在着很多奇妙的星体,其中最使人入迷的就是黑洞。从字面上来看,黑洞就是“漆黑的洞”。黑洞,天文学名词。所谓“黑洞”,是引力场很强的一种天体,就连光也不能逃脱出来。等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸,所以我们无法直接观测到黑洞。然而,可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。黑洞引申义为无法摆脱的境遇。那再来看看物理学家是怎么形容的,处于时间与空间之间的黑洞,使时间放慢脚步,使空间变得有弹性,同时吞进所有经过它的一切。1969年,美国物理学家约翰?阿提?惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。从物理学家的描述我们可以看出,黑洞的特殊性,在它的身上为什么会具有这样的性质呢?这就引起了很多人的疑问,比如:爱因斯坦、霍金等的重量级的物理学家。是否存在黑洞黑洞可能是宇宙中最神秘的地方,自从黑洞理论提出以来,爱因斯坦和霍金都肯定了黑洞的存在,绝大多数科学家都致力于寻找黑洞确切存在的证据来完善黑洞理论,美国航空航天局甚至要给附近的黑洞做“人口普查”。但是,有一批美国科学家目前却提出全新的看法,认为所谓的黑洞根本是子虚乌有。黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩,发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星球。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。任何靠近它的物体都会被它吸进去,黑洞就变得像真空吸尘器一样。2 亦可以简单理解:通常恒星的最初只含氢元素,恒星内部的氢原子时刻相互碰撞,发生裂变、聚变。由于恒星质量很大,裂变与聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡,以维持恒星结构的稳定。由于裂变与聚变,氢原子内部结构最终发生改变,破裂并组成新的元素——氦元素。接着,氦原子也参与裂变与聚变,改变结构,生成锂元素。如此类推,按照元素周期表的顺序,会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成,该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与裂变或聚变,而铁元素存在于恒星内部,导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡,从而引发恒星坍塌,最终形成黑洞。 跟白矮星和中子星一样,黑洞可能也是由质量大于太阳质量20倍的恒星演化而来的。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),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,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。黑洞是演变到最后阶段的恒星。大于太阳8-25倍太阳质量的恒星,经历超新星爆发后形成中子星,由中子星进一步收缩而成,当中子星的质量超过3倍太阳质量时,有巨大的引力场,使得它所发射的任何电磁波都无法向外传播,变成看不见的孤立天体,人们只能通过引力作用来确定它的存在,故名黑洞。在3相对论中,黑洞是由大质量恒星爆炸所产生的。 广义相对论预言的一种特别致密的暗天体。大质量恒星在其演化末期发生塌缩,其物质特别致密,它有一个称为“视界”的封闭边界,黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至于包括光子(即组成光的微粒,速度c=×10^8m/s)在内的任何物质只能进去而无法逃脱。形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量,当然,这是最后的星核质量,而不是恒星在主序时期的质量。除了这种恒星级黑洞,也有其他来源的黑洞——所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期,而所谓超大质量黑洞可能存在于星系中央。黑洞可以经由电子仪器观查到。黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见,这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它,只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。虽然这么说,但黑洞还是有它的边界,即“事件视界(视界)”。据猜测,黑洞是死亡恒星的演化物,是在特殊的大质量超巨星坍缩时产生的。另外,黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡极限的恒星演化到末期而形成的,质量小于钱德拉塞卡极限的恒星是无法形成黑洞的。物理学观点的解释黑洞其实也是个星球,只不过它的密度极大,靠近它的物体都被它的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走一样)。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,光速已经是极限速度了。所以连光都跑不出来,但是因为粒子间的反作用力导致有少量粒子从其表面逃逸,所以黑洞并不是黑的。科学家按照黑洞不同的性质将黑洞划分为很多种种类:按组成来划分,黑洞可以分为两大类。一是暗能量黑洞,二是物理黑洞。暗能量黑洞4 暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成,它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转,其内部产生巨大的负压以吞噬物体,从而形成黑洞,详情请看“宇宙黑洞论“。暗能量黑洞是星系形成的基础,也是星团、星系团形成的基础。 物理黑洞 物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成,具有巨大的质量。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时,我们称之为奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大,可以有太阳系那般大。它的比起暗能量黑洞来说体积非常小,它甚至可以缩小到一个奇点。根据黑洞本身的物理特性,可以将黑洞分为以下四类。 (1)不旋转不带电荷的黑洞。它的时空结构于1916年由施瓦西求出称施瓦西黑洞。 (2)不旋转带电黑洞,称R-N黑洞。时空结构于1916-1918年由Reissner(赖斯纳)和Nordstrom(纳自敦)求出。 (3)旋转不带电黑洞,称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。 (4)一般黑洞,称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。 (5)与其他恒星一块形成双星的黑洞。与“经典”的黑洞理论相反,黑洞的量子蒸发是其量子“隧道效应”的表现,辐射伽马射线和基本粒子。大质量黑洞的蒸发现象是微不足道的,而微型黑洞会完全蒸发掉,。可以通过测量伽马射暴来寻找微型黑洞的爆发,但观测上没有发现这类微型黑洞,但不能完全排除其存在可能性。对于那些还没有爆发的微型黑洞可以通过“引力透镜”现象来寻找,同时也是暗物质的候选者。6目前己知寻找恒星级黑洞的途径是由双星系统提供。如果有一个双星,其中一个可见而另一个不可见,则看不见的那颗很有可能是黑洞同时可见恒星的表层物质就可能被黑洞吸积,丰富的吸积物质在下落过程中释放的引力能不断转化为热能,在靠近黑洞的地方就会发出强X射线。由于双星中中子星也可以是强射线源,所以还要求探测对象质量大于3倍太阳质量。据报道,天鹅座X-1\大麦哲伦星云X-3、A0620-00很可能是恒星级黑洞。除了原初巨型黑洞外,巨型黑洞的形成需要大量物质,并且还需要被限定在一个较小的区域内,所以星系核心最有可能存在巨型黑洞。由于黑洞中存在着强引力场作用,因此在巨型黑洞周围往往会出现大密度的恒星分布,这就是所谓黑洞的密度效应,所以星团中心也可能存在巨型黑洞。科学家对星系核中的巨型黑洞的认证研究正在进行,但由于对星系核的观测又比双星更加困难,所以对这类黑洞的确认还处于间接论证水平。与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。在经过大密度的天体时,四维空间会弯曲。光会掉到这样的陷阱里。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。 在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。6 更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。现在的观测结果表明,宇宙自从大爆炸以来一直出于膨胀状态,爱因斯坦广义相对论预言宇宙未来有两种可能:(1)膨胀再收缩的宇宙,在时间和空间上都是有限的;(2)无限膨胀的宇宙时间上的无限并不一定意味着空间上的无限。通过这些我们也认识到了黑洞不能真正地被看见,因为它们能够吸收所有近身它们的物质和光线。但是如果从上面观测一个活动星系,通过位于环状圆盘中心的洞会很清楚地看到吸积盘,天文学家据此推断出黑洞的存在。但是新的研究是从边缘观测星系,通过分析发射的各种波长的电磁波频谱推断黑洞的所在。其实黑洞对于天文研究来说,存在很多未解之谜,由于观测和理论上的限制,我们上面介绍的很多东西还受到其他科学家的质疑,随着观测和理论的进展,黑洞的面纱将逐渐被揭开,我们翘首期待这一天的到来。参考文献[1][J].百科知识,2006,07:56-62.[2][J].科学之友,2004,10:132-140.[3]彭小龙,“黑洞”和“黑洞武器”[J].国防科技基础,2005,05:86-937[4][J].飞碟探索,1997,05:55-58.[5]“黑洞”的探测[J].中学物理教学参考,1995,08:112-115.[6][J].现代物理知识,2001,03:88-92.[7][J].世界科学,1997,09:42-51.[8][J].百科知识,2003,02:33-36.[9][J].百科知识,2006,07:67-69.[10][J].大科技,2005,12:95-99.[11][J].大自然探索,2002,12:27-29.