天文学概论2

解读黑洞课程名称：天文学概论姓名学号：学院：专业班级指导教师：马素丽日期：2014年4月21日课程结课论文解读黑洞李春娜电气工程及其自动化1202班12053207摘要：黑洞是根据广义相对论所预言、在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体和星体（非一个“洞”）。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽后，发生引力坍缩而形成。黑洞的质量是如此之大，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，就连传播速度最快的光（电磁波）也逃逸不出来。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体，故名黑洞。在黑洞的周围，是一个无法侦测的事件视界，标志着无法返回的临界点。Abstract:TheBlackHoleisbasedongeneralrelativitypredictsthatamassintheuniverseexistsinalargecelestialbodiesandplanets(non-ahole).Blackholeisbigenoughstarqualityinthefusionreactionrunsoutoffuel,andtheformationgravitationalcollapseoccurs.Massoftheblackholeissolarge,itproducesagravitationalfieldissostrongthatanymatterandradiationcannotescape,eventhefastestspreadinglight(electromagneticwaves)cannotescapeit.Forsimilarthermodynamictotallyreflectedlightblackbody,hencethenameblackhole.Aroundtheblackhole,isunabletodetectaneventhorizon,markingthecriticalpointcannotbereturned.关键词：黑洞、存在、形成、性质、举例、收获1什么是黑洞“黑洞”是根据广义相对论预言存在的天体，它凭着自身的引力把空间中的切“禁闭”起来。黑洞的大小若用质量相比较的话，那么具有太阳质量的黑洞，半径只有3公里。黑洞把一切物质吸入，连光都不可能逸出。按照近代物理学的观点，“黑洞”是由超中子星临界质量的重级恒星发生引力塌缩而形成。在渐近平坦的时空间中，其引力场强到能“吞食掉”任何物质（连光和电磁波也无法逃脱），故而这样的时空域被形象的称为“黑洞”。2黑洞是否存在据《自然》1月24日报道，霍金发表论文，质疑黑洞的存在。如果霍金的理论正确，黑洞核心的奇点根本就不存在，甚至不排除“一切事物原则上能逃离黑洞”这种极端局面的可能性。霍金说：“在经典理论中，黑洞不会放过任何东西;但量子理论允许能量和信息逃离黑洞。”他同时表示，科学家需要结合重力和其他自然力构建新的理论才能明确解释整个过程。霍金认为，受到黑洞引力的影响，能量和物质先是靠近——但不会到达——黑洞中心，最终还会被释放出去。不过，它们的信息在黑洞中不会毁灭，但是被完全打乱，逃离之后面目全非，几乎无法还原。霍金1月22日就在网上发表题为《黑洞的信息保存和天气预报》的论文，写道：“从光也无法从中逃脱的角度来看，没有视界就意味着没有黑洞。”实际上，霍金2013年8月曾在学术会议上谈到过类似想法，以此为基础撰写论文。3黑洞的形成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。4黑洞的三个性质（1）黑洞的磁场和引力很强，连光也逃不了，它不断吞噬大量的星际物质，一些物质在它周围运行，轨迹会发生变化，形成圆形的气体尘埃环。（2）它有很大的能量，可以发出很强的各类辐射电磁波。（3）由于它极大的引力作用，光线在它附近也会发生弯曲变化。5宇宙中著名的黑洞（1）宇宙中质量最大的黑洞,如下左图科学家发现的最大质量黑洞位于NGC3842星系中，距离我们大约3.2亿光年，质量达到97亿倍太阳质量，另外一个位于NGC4889中的黑洞质量可能更大。（2）宇宙中质量最小的黑洞,如上右图科学家发现的质量最小黑洞小于三倍太阳质量，其编号为IGRJ17091-3624，是理论上黑洞形成的质量下限，这个黑洞可能非常小。（3）神奇的“子弹发射”黑洞当物质被吸入黑洞时，就会释放出辐射来，科学家发现H1743-322黑洞释放的“子弹”速度达到四分之一光速，其距离我们大约2.8万光年。（4）宇宙中最“亮”的黑洞黑洞虽然具有强大的引力场，但是其也会发出“亮”光，它们在吸积物质时会释放出辐射，尤其是类星体，科学家发现类星体3C273甚至可发出可见光波段内的光线，其距离我们大约30亿光年。（5）宇宙中最老的黑洞宇宙中最老的黑洞是ULASJ11200641，其诞生于宇宙大爆炸后大约7.7亿年，也就是说它的年龄达到130亿年左右，那么它的质量会是多大呢，科学家估计为20亿倍太阳质量，其成长过程是个未解之谜。(6)喜欢吞噬“黑洞”的超大质量黑洞任何一个不断靠近黑洞的天体都会被黑洞吞没，即便是黑洞也不例外，科学家目睹了一个质量较小的黑洞被更大质量黑洞吞噬的现象，这个宇宙惨剧发生在NGC3393星系中，一个3000万倍太阳质量的黑洞吞噬了100万倍太阳质量的黑洞。6黑洞的研究意义黑洞最初作为一种纯数学理论模型，在没有任何实验依据的情况下却在理论上发展到了几乎神乎其神的地步，这在科学史上是极为少见的。黑洞对物理学家具有如此神奇的魅力，这不仅仅是因为与宇宙起源和未来发展有着密切的关系，而且是因为它是关系到物理学基本理论未来发展的重要问题。自然界从来就没有永恒的事物，黑洞也是如此。从恒星坍缩成黑洞，到最终以大爆炸的方式消亡再产生新物质，黑洞在不断地演化着。按照黑洞理论，黑洞消亡时产生大爆炸的剧烈程度与自然界的基本粒子数目有关。如果我们能够观测到黑洞的爆炸，即使是间接地通过爆炸产生的高能γ射线，也将对基本粒子物理学产生最直接的影响。黑洞以大爆炸的方式消亡，这使人们再次联想到了宇宙的大爆炸理论。1965年美国物理学家罗杰·彭罗斯指出：大质量恒星在自身引力下不断坍缩，最终将会出现体积趋于零，密度无限大的状态，这种状态称为“奇点”。对于奇点所有的物理定律已不成立。然而，奇点极有可能是创造新物质，新宇宙的起点，我们的宇宙或许就起源于奇点。研究黑洞的消亡发生爆炸时如何产生粒子与研究宇宙大爆炸最初如何产生粒子，似乎有着异曲同工之处。这意味着研究黑洞的演化与研究宇宙的演化存在着一种必然的联系。7学习天文学概论的收获本学期我选修了天文学概论这门课程，通过一学期学习，我收获了很多有关天文学方面的知识，也许是因为星空本身就很神秘，充满魅力，指引着我选择了天文学选修课。在课堂上，与浩瀚的宇宙的一次次碰撞，一次次惊叹，一次次感慨；与古今思想的一点点接触，一点点欣喜，一点点感悟；使我的选修课有感叹，有乐趣，有收获，没有遗憾。通过学习本课程，我对天文知识有了一个更加系统的了解，同时学到了很多观察天象的经验及技术，激起了我更多的参与到有关天文学方面活动的兴趣。同时，老师生动的讲解也给我留下了深刻的印象，丰富的图片、视频以及专业的讲解也让我受益匪浅。作为新世纪的大学生，拥有丰富的知识储备是成为社会所要求的新型人才的关键。而天文学知识不仅丰富了我们的知识，更培养了一种爱好，让我们的人生更加丰富。同时，探索宇宙不仅对于整个人类的进步有着深远意义，对于个人，思考宇宙与人生更能让我们的胸襟开阔，思维活跃，成为更有深度的青年。参考文献：[1]《自然》2014/01/24[2]《时间简史》霍金[3]腾讯科学讯[4]百度百科