黑洞 ppt课件
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黑洞系列课件ppt
力透镜”现象。
03
时空曲率影响黑洞周围物质 的旋转速度和运动轨迹。
黑洞的热性质
尽管黑洞不发出可见 光，但它们会释放出 X射线和伽马射线等 辐射。
黑洞的热量与其质量 有关，质量越大，热 量越高。
黑洞的强大引力会导 致其内部物质加速旋 转和摩擦，产生热量 。
黑洞的辐射
黑洞会释放出能量辐射，这些辐 射来自黑洞内部的物质和能量。
理论突破
随着理论物理的发展，对 黑洞的本质和性质将有更 深入的理解。
多波段观测
未来将加强多波段、多角 度的观测，以更全面地揭 示黑洞的奥秘。
05
黑洞与科幻文学艺术
科幻文学中的黑洞描绘
科幻小说中的黑洞描绘
黑洞在科幻文学中通常被描述为吞噬一切物质的神秘天体，同时也被赋予了超 光速旅行、时空穿越等神奇的功能。
04
黑洞的探测与观测
黑洞探测的方法
03
引力波探测
射电波探测
X射线探测
利用激光干涉测量技术，通过监测双星合 并等天体事件的引力波，探测黑洞的存在 。
利用射电望远镜阵列，观测黑洞吸积盘发 出的射电辐射，以探测黑洞的位置和大小 。
通过观测黑洞吸积盘发出的X射线，分析 其光谱和能谱特征，以推断黑洞的质量和 自转状态。
黑洞与星系的形成
黑洞强大的引力可以影响其周围的星 体运动，这种运动状态又会对星系的 形成产生影响。
03
时空曲率影响黑洞周围物质 的旋转速度和运动轨迹。
黑洞的热性质
尽管黑洞不发出可见 光，但它们会释放出 X射线和伽马射线等 辐射。
黑洞的热量与其质量 有关，质量越大，热 量越高。
黑洞的强大引力会导 致其内部物质加速旋 转和摩擦，产生热量 。
黑洞的辐射
黑洞会释放出能量辐射，这些辐 射来自黑洞内部的物质和能量。
理论突破
随着理论物理的发展，对 黑洞的本质和性质将有更 深入的理解。
多波段观测
未来将加强多波段、多角 度的观测，以更全面地揭 示黑洞的奥秘。
05
黑洞与科幻文学艺术
科幻文学中的黑洞描绘
科幻小说中的黑洞描绘
黑洞在科幻文学中通常被描述为吞噬一切物质的神秘天体，同时也被赋予了超 光速旅行、时空穿越等神奇的功能。
04
黑洞的探测与观测
黑洞探测的方法
03
引力波探测
射电波探测
X射线探测
利用激光干涉测量技术，通过监测双星合 并等天体事件的引力波，探测黑洞的存在 。
利用射电望远镜阵列，观测黑洞吸积盘发 出的射电辐射，以探测黑洞的位置和大小 。
通过观测黑洞吸积盘发出的X射线，分析 其光谱和能谱特征，以推断黑洞的质量和 自转状态。
黑洞与星系的形成
黑洞强大的引力可以影响其周围的星 体运动，这种运动状态又会对星系的 形成产生影响。
黑洞
黑洞的产生 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。 由于高密度而产生的力量，使得 任何靠近它的物体ห้องสมุดไป่ตู้会被它吸进去。 也可以简单理解：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倍以上的恒星演化而来 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。 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），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、白洞与虫洞
是足够稳定的。
5.时空穿越的可能性
一个虫洞怎样才可以稳定存在呢？索恩和莫里
斯经过研究发现了一个不太妙的结果， 那就是在虫
洞中必须存在某种能量为负的奇特物质！为什么会有 这样的结论呢？ 那是因为物质进入虫洞时是向内汇 聚的，而离开虫洞时则是向外飞散的， 这种由汇聚 变成飞散的过程意味着在虫洞的深处存在着某种排斥
2.有关白洞的猜测
Biblioteka Baidu
白洞是一个强引力源，其外部引力性质均 与黑洞相同，白洞可以把它周围的物质吸积到 边界上形成物质层。白洞理论主要可用来解释 一些高能天体现象。根据白洞理论，有人认为 类星体的核心可能是一个白洞。当白洞内超密 态物质向外喷射时，就会同它周围的物质发生 猛烈的碰撞，从而释放出巨大能量。由此推断 ，有些X射线、宇宙线、射电爆发、射电双源 等现象，可能与白洞的这种效应有关。
作用。由于普通物质的引力只能产生汇聚作用， 只
有负能量物质才能够产生这种排斥作用。因此， 要 想让虫洞成为星际旅行的通道，必须要有负能量的物 质。
5.时空穿越的可能性 物理学家们对维持一个可穿越虫洞所需要 的负能量物质的数量也做了估算， 结果发现 虫洞的半径越大，所需要的负能量物质就越多 。 具体地说，为了维持一个半径为一公里的 虫洞所需要的负能量物质的数量相当于整个太 阳系的质量。
黑洞、白洞与 虫洞
目录
1.什么是黑洞 2.有关白洞的猜测
黑洞面面观PPT课件
.
21
第二十一页，共五十七页。
黑洞的辐射
虽然没有任何能进入黑洞而再逃离 它的物体，但科学家认为黑洞会缓 慢地释放其能量。霍金在1974年证 明黑洞有一个不为零的温度，黑洞 有比其周围环境要高一些的温度。
.
22
第二十二页，共五十七页。
霍金辐射
依照物理学原理，一切比其周围温度高的物 体都要释放出热量，黑洞也不例外。一个黑洞 会持续几百万万亿年散发能量，黑洞释放能量 称为：“霍金辐射”。黑洞散尽所有能量就会 消失。霍金指出，黑洞的放射性物质来源是一 种实粒子，这些粒子在太空中成对产生，不遵 从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后， 有的就会消失在茫茫太空中。
称作黑洞，将其边界称作事件视界。
.
17
第十七页，共五十七页。
黑洞的形成（b）
如果恒星质量超过了奥本海默极限，则没
有任何力量能抵挡强大的引力，星体将塌缩到 自身的引力半径之內，形成黑洞。
.
18
第十八页，共五十七页。
黑洞三毛
黑洞它几乎不保持形成它的物 质所具有的复杂性，它对前身物质 的形状和成份都没有记忆，它所保 持的只有三种特性: 质量, 电荷和角 动量.
.
7
第七页，共五十七页。
附：第二宇宙速度
如果将地球质量和半径的数值 代入，便是通常所谓的“第二宇宙 速度”。它是从地球表面将一个物 体发射到地球引力场以外所具有的 最低限度的速度。
黑洞PPT
奇妙的黑洞
——天文爱好者协会
首先，我们了解下什么是恒星
恒星是由炽热气体组成的，是能自己发光的球 状或类球状天体。由于恒星离我们太远，不借 助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的 位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动 的星体。我们所处的太阳系的主星太阳就是一 颗恒星。
今天我们主要关注的是恒星的死亡
奇妙的25倍太阳质量
质量是太阳8~25倍的恒星的“死法”则比较壮烈，当它 们的燃料耗尽时，原子之间由于不确定性原理和不相容 原理而产生的向外的力终究无法与向内的引力相抗衡， 最后核外电子被压缩到原子核内，使得质子变为中子， 外层的气体则被以5%c的速度向外抛洒，这便是中子星。 此时，中子星的自转速度是极快的，可以达到每秒几圈 甚至几十圈，它从其身体的某一部分向外射出无线电波， 于是便有了所谓的“灯塔效应”。中子星在其能量消耗 殆尽之时，则成为黑矮星。值得一提的是中子星的引力 场极强，以至于中子星上的光都要以抛物线的形式才可 以逃逸。
结束语
希望同学们通过今天的学习，可以对于黑洞有 一个基本的了解，在今后的学习中，如果有兴 趣的话，可以进一步探索神秘的黑洞，有很多 的秘密等待着大家去发现！
谢谢观看！
黑洞的定义
黑洞又被称做暗星，坍缩星，冻结星，它最基 本的特征是除去总质量，总电荷和总角动量之 外，没有任何信息可以逃离。
——天文爱好者协会
首先，我们了解下什么是恒星
恒星是由炽热气体组成的，是能自己发光的球 状或类球状天体。由于恒星离我们太远，不借 助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的 位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动 的星体。我们所处的太阳系的主星太阳就是一 颗恒星。
今天我们主要关注的是恒星的死亡
奇妙的25倍太阳质量
质量是太阳8~25倍的恒星的“死法”则比较壮烈，当它 们的燃料耗尽时，原子之间由于不确定性原理和不相容 原理而产生的向外的力终究无法与向内的引力相抗衡， 最后核外电子被压缩到原子核内，使得质子变为中子， 外层的气体则被以5%c的速度向外抛洒，这便是中子星。 此时，中子星的自转速度是极快的，可以达到每秒几圈 甚至几十圈，它从其身体的某一部分向外射出无线电波， 于是便有了所谓的“灯塔效应”。中子星在其能量消耗 殆尽之时，则成为黑矮星。值得一提的是中子星的引力 场极强，以至于中子星上的光都要以抛物线的形式才可 以逃逸。
结束语
希望同学们通过今天的学习，可以对于黑洞有 一个基本的了解，在今后的学习中，如果有兴 趣的话，可以进一步探索神秘的黑洞，有很多 的秘密等待着大家去发现！
谢谢观看！
黑洞的定义
黑洞又被称做暗星，坍缩星，冻结星，它最基 本的特征是除去总质量，总电荷和总角动量之 外，没有任何信息可以逃离。
黑洞PPT
Байду номын сангаас洞
• 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。实 际上黑洞真正是 “隐形”的，等一 会儿我们会讲到。
•
黑洞”很容易让人望 文生义地想象成一个“大 黑窟窿”，其实不然。所 谓“黑洞”，就是这样一 种天体：它的引力场是如 此之强，就连光也不能逃 脱出来。 根据广义相对论，引 力场将使时空弯曲。当恒 星的体积很大时，它的引 力场对时空几乎没什么影 响，从恒星表面上某一点 发的光可以朝任何方向沿 直线射出。而恒星的半径 越小，它对周围的时空弯 曲作用就越大，朝某些角 度发出的光就将沿弯曲空 间返回恒星表面。
黑洞问题
• 1.黑洞就是一个大黑窟窿吗？ • 2.黑洞是不是晚年的恒星变成
的？ • 3.人类确认的第一个黑洞叫什 么？
解决方法
• 1.查看书籍。 • 2.上网查资料 • 3.向老师或同学请教方法。
问题解决
• 1.黑洞类似于大窟窿，因为它是一个无 底洞。 • 2.黑洞很有可能是恒星演化到晚期的产 物。 • 3.人类确认的第一个黑洞叫：“天鹅座 X-1”是1965年被发现的。是因为，科 学家在天鹅座发现，X射线源，所以被 命名为：“天鹅座X-1”。
白洞黑洞
ຫໍສະໝຸດ Baidu黑洞、白洞、虫洞
黑洞
• 黑洞（英文：Black hole）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，以致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。
•
虫洞
• 虫洞（Wormhole），又称爱因斯坦－罗森桥，是 宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。 虫洞是1930年代由爱因斯坦及纳森· 罗森在研究引 力场方程时假设的，认为透过虫洞可以做瞬时间的 空间转移或者做时间旅行。截至2012年其存在性 尚未确认。 • 虫洞连接黑洞和白洞，在黑洞与白洞之间传送物质。 在这里，虫洞成为一个阿尔伯特· 爱因斯坦—罗森 桥，物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子， 然后通过这个虫洞（即阿尔伯特· 爱因斯坦—罗森 桥）被传送到白洞并且被辐射出去。
白洞
• 白洞(又称白道）是广义相对论预言的一种与黑洞(又称黑道）相反的特殊“假 想”天体，是大引力球对称天体的史瓦西解的一部分。目前，白洞仅仅是理 论预言的天体，到现在还没有任何证据表明白洞的存在。其性质与黑洞完全 相反。 同黑洞一样，白洞也有一个封闭的边界。与黑洞不同的是，白洞内部的 物质（包括辐射）可以经过边界发射到外面去，而边界外的物质却不能落到 白洞里面来。因此，白洞像一个超级喷泉，不断向外喷射以重粒子为主要形 态表现的物质，（能量）。白洞学说在天文学上主要用来解释一些高能现象。 白洞是否存在，尚无观测证据。有人认为，白洞并不存在。因为，白洞外部 的时空性质与黑洞一样，白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。 只要有足够多的物质，引力坍缩就会发生，导致形成黑洞。另外，按照目前 的理论，大质量恒星演化到晚期可能经坍缩而形成黑洞；但并不知道有什么 过程会导致形成白洞。如果白洞存在，则可能是宇宙大爆炸时残留下来的。 有底称为洞，无底的称为道。
黑洞
• 黑洞（英文：Black hole）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，以致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。
•
虫洞
• 虫洞（Wormhole），又称爱因斯坦－罗森桥，是 宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。 虫洞是1930年代由爱因斯坦及纳森· 罗森在研究引 力场方程时假设的，认为透过虫洞可以做瞬时间的 空间转移或者做时间旅行。截至2012年其存在性 尚未确认。 • 虫洞连接黑洞和白洞，在黑洞与白洞之间传送物质。 在这里，虫洞成为一个阿尔伯特· 爱因斯坦—罗森 桥，物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子， 然后通过这个虫洞（即阿尔伯特· 爱因斯坦—罗森 桥）被传送到白洞并且被辐射出去。
白洞
• 白洞(又称白道）是广义相对论预言的一种与黑洞(又称黑道）相反的特殊“假 想”天体，是大引力球对称天体的史瓦西解的一部分。目前，白洞仅仅是理 论预言的天体，到现在还没有任何证据表明白洞的存在。其性质与黑洞完全 相反。 同黑洞一样，白洞也有一个封闭的边界。与黑洞不同的是，白洞内部的 物质（包括辐射）可以经过边界发射到外面去，而边界外的物质却不能落到 白洞里面来。因此，白洞像一个超级喷泉，不断向外喷射以重粒子为主要形 态表现的物质，（能量）。白洞学说在天文学上主要用来解释一些高能现象。 白洞是否存在，尚无观测证据。有人认为，白洞并不存在。因为，白洞外部 的时空性质与黑洞一样，白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。 只要有足够多的物质，引力坍缩就会发生，导致形成黑洞。另外，按照目前 的理论，大质量恒星演化到晚期可能经坍缩而形成黑洞；但并不知道有什么 过程会导致形成白洞。如果白洞存在，则可能是宇宙大爆炸时残留下来的。 有底称为洞，无底的称为道。
_黑洞
（1）天鹅座X-1号的双星系统
黑洞候选者
1966年探测到天鹅座X-1号星，质量约为7-14m⊙，射出强 烈的X射线、γ射线。1971年，X射线天文卫星“自由号”在观 察天鹅座X-1号星后证实：看得见的那一颗是蓝色的超巨星；
1976年11月美国发射的“高能天文台一2”号卫星，已经拍摄 到这颗黑洞的照片。这是第一个可能的黑洞。
微小质量黑洞簇射地球大气层
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
白洞 20世纪60年代初，前苏联的诺维可夫和以色列的尼曼等人又根据爱 因斯坦场方程的史瓦西解提出了白洞的模型。黑洞是宇宙中吞食物质和 光的“陷阱”，是最“自私”的怪物；白洞却是宇宙中最“慷慨”的天 体，各类高能物质乃至光线从这个源涌向宇宙，包括外来的物质和能量 它也一概加以排斥。
向内收缩
来源 向外扩张
万有引力 物质粒子之间的斥力 黑 洞 内 部 未 知
主序星的扩张斥力来自热核反应导致的粒子间的 高温热运动形成的辐射压，辐射压与引力压平衡； 白矮星阻止自身发生引力坍缩的外向斥力， 主要来源于高密度电子间的泡利斥力； 中子星阻止自身发生引力坍缩的外向斥力 则来自中子之间的泡利斥力（简并压）；
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
爱因斯坦－罗森桥
虫洞与黑洞、白洞的接 口是一个时空管道和两 个时空闭合区的连接， 虫洞的时空曲率并不是 无限大，因而我们可以 安全地通过虫洞，而不 被巨大的引力摧毁。
黑洞候选者
1966年探测到天鹅座X-1号星，质量约为7-14m⊙，射出强 烈的X射线、γ射线。1971年，X射线天文卫星“自由号”在观 察天鹅座X-1号星后证实：看得见的那一颗是蓝色的超巨星；
1976年11月美国发射的“高能天文台一2”号卫星，已经拍摄 到这颗黑洞的照片。这是第一个可能的黑洞。
微小质量黑洞簇射地球大气层
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
白洞 20世纪60年代初，前苏联的诺维可夫和以色列的尼曼等人又根据爱 因斯坦场方程的史瓦西解提出了白洞的模型。黑洞是宇宙中吞食物质和 光的“陷阱”，是最“自私”的怪物；白洞却是宇宙中最“慷慨”的天 体，各类高能物质乃至光线从这个源涌向宇宙，包括外来的物质和能量 它也一概加以排斥。
向内收缩
来源 向外扩张
万有引力 物质粒子之间的斥力 黑 洞 内 部 未 知
主序星的扩张斥力来自热核反应导致的粒子间的 高温热运动形成的辐射压，辐射压与引力压平衡； 白矮星阻止自身发生引力坍缩的外向斥力， 主要来源于高密度电子间的泡利斥力； 中子星阻止自身发生引力坍缩的外向斥力 则来自中子之间的泡利斥力（简并压）；
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
爱因斯坦－罗森桥
虫洞与黑洞、白洞的接 口是一个时空管道和两 个时空闭合区的连接， 虫洞的时空曲率并不是 无限大，因而我们可以 安全地通过虫洞，而不 被巨大的引力摧毁。
黑洞、白洞和虫洞
邻域的大部分恒星正在一步步迈进这个阶段，其
中包括太阳，但是仅有大约3%的邻域恒星的质量
足够大，可以进一步转变成超新星。
• 中子星：又名波霎，是恒星演
化到末期经由重力崩溃发生超新 星爆炸之后，可能成为的少数终 点之一。即质量没有达到可以形
成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩
形成的一种介于恒星和黑洞的星
体，其密度比地球上任何物质密
个宇宙的大门，所有通过黑洞的物质都将进入外部 的时空。
• 科学家认为，我们的宇宙有可能通过黑洞与其他宇
宙相互连接，其他宇宙之间也会相互连接。所谓 “虫洞”就是连接不同宇宙之间或同一宇宙中的不 同地点之间的某种隧道。
• 物质可以通过这个隧道进入到不同的宇宙或同一宇
宙的不同地点。不仅如此，在“虫洞”的一个尽头 的时间不一定与另一个尽头的时间一致。
去可以与之相湮灭的配偶。这个被背弃的粒子
或反粒子，可以跟随其配偶落到黑洞中去，但
是它也可以逃逸到无穷远去，作为从黑洞发出
的辐射而存在。
• 由于黑洞质量越小，其引力场就越小，粒子
逃逸的过程就变得越容易，因此黑洞粒子的
发射率及其表面温度就越大。
• 黑洞向外辐射粒子导致黑洞质量减小，进一
步导致了辐射速率和温度的上升，因而黑洞
黑洞吞噬恒星
黑洞吞噬恒星
• 现在，天文学家用这种方法已确定了多个黑洞
中包括太阳，但是仅有大约3%的邻域恒星的质量
足够大，可以进一步转变成超新星。
• 中子星：又名波霎，是恒星演
化到末期经由重力崩溃发生超新 星爆炸之后，可能成为的少数终 点之一。即质量没有达到可以形
成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩
形成的一种介于恒星和黑洞的星
体，其密度比地球上任何物质密
个宇宙的大门，所有通过黑洞的物质都将进入外部 的时空。
• 科学家认为，我们的宇宙有可能通过黑洞与其他宇
宙相互连接，其他宇宙之间也会相互连接。所谓 “虫洞”就是连接不同宇宙之间或同一宇宙中的不 同地点之间的某种隧道。
• 物质可以通过这个隧道进入到不同的宇宙或同一宇
宙的不同地点。不仅如此，在“虫洞”的一个尽头 的时间不一定与另一个尽头的时间一致。
去可以与之相湮灭的配偶。这个被背弃的粒子
或反粒子，可以跟随其配偶落到黑洞中去，但
是它也可以逃逸到无穷远去，作为从黑洞发出
的辐射而存在。
• 由于黑洞质量越小，其引力场就越小，粒子
逃逸的过程就变得越容易，因此黑洞粒子的
发射率及其表面温度就越大。
• 黑洞向外辐射粒子导致黑洞质量减小，进一
步导致了辐射速率和温度的上升，因而黑洞
黑洞吞噬恒星
黑洞吞噬恒星
• 现在，天文学家用这种方法已确定了多个黑洞
黑洞 幻灯片PPT演示课件
7
黑洞对周围环境的影响
• 设想在弹簧床上放置一块质量非常大的石 头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大 大地影响床面，不仅会使其弯曲下陷，还 可能使床面发生断裂。类似的情形同样可 以在宇宙中出现，若宇宙存在黑洞，则该 处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的 破裂叫作时空的奇异或奇点。
8
黑洞的物理特性
19
总结
宇之表无极，宙之端无穷。 浩瀚无际的宇宙中有关黑洞的现象仍 然吸引着天文学研究者，更有待我们 的进一步的探讨。相信有关黑洞的研 究成果必定会促进科学技术的进步。
20
12
13
物理学观点的解释
• 黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过
它的密度非常非常大, 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),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（11.2km/s）
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
3
课题研究的内容
• 什么是黑洞？ • 黑洞的形成. • 黑洞对周边环境的影响. • 黑洞的特点.
4
和黑洞相关的几个问题
• 1、黑洞炸弹的威力。
• 2、黑洞的有趣现象。
• 3、太阳会变成黑洞吗？
5
关于黑洞的介绍
• 黑洞（Black hole）是根据现代的广义 相对论所预言的，它很容易让人望文生义 地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。 所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的 引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出 来。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。实际上黑洞真正是“隐形” 的。
黑洞对周围环境的影响
• 设想在弹簧床上放置一块质量非常大的石 头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大 大地影响床面，不仅会使其弯曲下陷，还 可能使床面发生断裂。类似的情形同样可 以在宇宙中出现，若宇宙存在黑洞，则该 处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的 破裂叫作时空的奇异或奇点。
8
黑洞的物理特性
19
总结
宇之表无极，宙之端无穷。 浩瀚无际的宇宙中有关黑洞的现象仍 然吸引着天文学研究者，更有待我们 的进一步的探讨。相信有关黑洞的研 究成果必定会促进科学技术的进步。
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物理学观点的解释
• 黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过
它的密度非常非常大, 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),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（11.2km/s）
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
3
课题研究的内容
• 什么是黑洞？ • 黑洞的形成. • 黑洞对周边环境的影响. • 黑洞的特点.
4
和黑洞相关的几个问题
• 1、黑洞炸弹的威力。
• 2、黑洞的有趣现象。
• 3、太阳会变成黑洞吗？
5
关于黑洞的介绍
• 黑洞（Black hole）是根据现代的广义 相对论所预言的，它很容易让人望文生义 地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。 所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的 引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出 来。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。实际上黑洞真正是“隐形” 的。
第六讲：黑洞
科学家们曾经运用种种不同波长的光对NGC 6240进行过详尽的观察研究。在哈勃望远镜拍摄 到的图象中，可以看见可见光中的碰撞星系的外 部，以及由单颗星星、气体和尘埃组成的长长的 潮汐尾。 美国航天局(NASA)“钱德拉”뉘纀天文观测卫星 进行的X射线研究表明，位于这两个星系中心的 两个超大质量黑洞的确存在 美国长基线干涉阵也在该星系中心区域发现了两 个无线电源。
黑洞的时间特性
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟 窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天 体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出 来。 根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的 体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响， 从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线 射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作 用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返 回恒星表面。
1971年约翰.阿奇贝尔德.威 勒（John Archibald Wheeler）命名这样的事物 为“黑洞”，因为光无法从 中逃逸。
但我们这里所讲述的黑 洞的性质纯属理论，它 们基于广义相对论―― 一个目前尚被证明为正 确的理论。
基于许多证据，天文学家有许多他们认为可能是 黑洞的候选天体（其证据是：它们的巨大质量可 以从其对其他物体的相互作用中得到；并且有时 它们会发出X射线，这被认为是正在坠入其中的 物质发出的）。
黑洞PPT课件
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专家研究
• 黑洞等离子体 ：德国在实验室制造出黑洞 等离子体
• 美国制成“人造黑洞” • 欧洲：“人造黑洞” • 中国科学家造出第一个：“人造电磁黑洞”
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了解
• 2011年12月，一个国际研究小组利用欧洲南方天 文台的“甚大望远镜”， 星云正接近银河中央黑 洞发现一个星云正在靠近位于银河系中央的黑洞 并将被其吞噬。
• 量大小不一，质量从相当于100万个到
• 100亿个太阳的质量不等。而黑洞每隔
• 一亿年才会吞噬一颗恒星，因此科学
• 家认为，这个黑洞比预计的质量更大。
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黑洞之最
• 最小
• 最小的黑洞仅是太阳质量的3.8倍，其直径 为24公里，仅比纽约曼哈顿岛大一些。尽 管这个被称为“XTE J1650-500”的黑洞 算是小个头，但它却是极具破坏性的“引 擎”。它与其它黑洞一样，从伴星那里偷 取气体，使自己升温，基于XTE J1650500黑洞的质量，它释放X射线的强度呈周 期性变化。天文学家通过观测这种微小的 变化，能够测量这颗黑洞的质量。
• 这是天文学家首次观测到黑洞“捕捉”星云的过程。 观测显示，这个星云的质量约是地球的3倍，它的 位置近年来逐渐靠近“人马座A星”黑洞。这个黑 洞的质量约是太阳的400万倍，是距离我们最近的 大型黑洞。
• 研究人员分析认为，到2013年，这个星云将离黑 洞非常近，有可能被黑洞逐渐吞噬
黑洞简介ppt
谢 谢 观 看 ！
制作人 ：卓越电子1201刘京超 胡永泉
证据三
粒子流喷射通常是大质量天体产生的效应。引力场 的大小与天体质量呈正相关。大质量天体可以吸引周围 物质，使之加速向自己靠近。在此过程中，天体的强大 磁场会对带电物质产生集束效应，使之集中于天体的两 极，就像地球上极光的成因一样。集中于天体两极的带 电物质具有高速度，在强引力场与强磁场的共同作用下， 带电物质就会形成喷流，方向沿两极方向向外。 经观测，在星系的中心普遍存在着这样的喷流，且 强度非常大。然而，在星系中心的区域却没有观测到相 应的大质量天体。有理由推测，这观测不到的大质量天 体很可能就是黑洞，它是驱使整个星系运动的主要能量 来源。
洞；
恒星级黑洞：尺度大约为30公里，质量为10个太阳质量的黑洞； 星系级巨型黑洞：尺度为3光年，质量为109个太阳质量的黑洞；
2.根据黑洞本身的物理特性，我们可以将黑洞分为以下四类： 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 不旋转带电黑洞：称R-N黑洞。时空结构于1916-1918年由Reissner 和Nordstrom求出 旋转不带电黑洞：称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出 一般黑洞，称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。
黑洞正在拉伸、撕裂、并且吞噬恒星
黑洞的演化过程
1、吸积
黑洞通常是因 为它们聚拢周 围的气体、尘 埃等产生辐射 而被发现的， 这一过程被称 为吸积。
12-黑洞
12
白洞与黑洞是相通的，它们之间有一条通道，叫做 “蛀洞”。正是这条通道，把黑洞吸集的物质，运到白 洞喷发出去。美国天文学家认为，蛀洞这一通道可能使 我们与其它的宇宙相连。 那么，白洞是怎样形成的呢？著名的英国天体物理 学家霍金认为，白洞有“自发蒸发”现象，它会使白洞 质量减小。小白洞在很短的时间内就蒸发干净，大白洞 则需要时间较长才可蒸发干净。蒸发过程中，质量不断 减少，且随质量的减少加速蒸发。最后发生一种反收缩 方式的猛烈爆发，这与黑洞很类似。 总的来说，白洞和蛀洞还只是广义相对论的一个数学 结果，还未得到证实，而且就理论自身来看，也还有许 多问题要解决。 13
英国学者潘罗斯设想了一个大胆的试验， 即让一个装置先进入黑洞的能层，再从能层中 出来，于是这个装置就可以从能层中携带出能 量。好象用一个瓢伸进
能层中把能量舀出来一 样。如果潘氏的的设想 得以实现，这也许是世 界上解决能源危机的绝 妙方法之一。
E+△E E
从能层中获取能量25
(2) 黑洞具有负的热容量或比热
6
与别的天体相比，黑洞是显得太特殊
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。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。
白洞与黑洞是相通的，它们之间有一条通道，叫做 “蛀洞”。正是这条通道，把黑洞吸集的物质，运到白 洞喷发出去。美国天文学家认为，蛀洞这一通道可能使 我们与其它的宇宙相连。 那么，白洞是怎样形成的呢？著名的英国天体物理 学家霍金认为，白洞有“自发蒸发”现象，它会使白洞 质量减小。小白洞在很短的时间内就蒸发干净，大白洞 则需要时间较长才可蒸发干净。蒸发过程中，质量不断 减少，且随质量的减少加速蒸发。最后发生一种反收缩 方式的猛烈爆发，这与黑洞很类似。 总的来说，白洞和蛀洞还只是广义相对论的一个数学 结果，还未得到证实，而且就理论自身来看，也还有许 多问题要解决。 13
英国学者潘罗斯设想了一个大胆的试验， 即让一个装置先进入黑洞的能层，再从能层中 出来，于是这个装置就可以从能层中携带出能 量。好象用一个瓢伸进
能层中把能量舀出来一 样。如果潘氏的的设想 得以实现，这也许是世 界上解决能源危机的绝 妙方法之一。
E+△E E
从能层中获取能量25
(2) 黑洞具有负的热容量或比热
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与别的天体相比，黑洞是显得太特殊
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。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。
黑洞ppt课件
探索量子引力理论
黑洞的研究涉及到量子力学和广义相对论的结合，未来有望通过研 究黑洞进一步探索量子引力理论。
05
CATALOGUE
黑洞与相对论
黑洞与广义相对论
01
黑洞是广义相对论中的 重要概念，由爱因斯坦 的场方程预言。
02
黑洞具有极强的引力， 使得其周围的光和物质 无法逃脱。
03
黑洞的内部被称为事件 视界，一旦进入，任何 事物都无法逃逸，包括 光线。
黑洞ppt课件
目录
• 黑洞简介 • 黑洞的特性 • 黑洞的影响 • 黑洞的探索与观测 • 黑洞与相对论 • 科幻作品中的黑洞
01
CATALOGUE
黑洞简介
黑洞的定义
黑洞是一种极度密集的天体，其引力强大到连光也无法逃逸。
黑洞的形成与恒星坍缩有关，当一颗质量足够大的恒星燃烧殆尽后，其核心会坍缩 成黑洞。
高能辐射防护
直接观测黑洞会面临高能 辐射和X射线等有害物质的 威胁，需要采取有效的防 护措施。
黑洞研究的未来展望
发展更先进的观测技术
随着科技的发展，未来有望发展更先进的观测技术，如更高分辨 率的望远镜和更灵敏的探测器。
深入研究黑洞与宇宙演化
通过更深入地研究黑洞的性质和宇宙演化，有望揭示更多关于宇宙 奥秘的答案。
微型黑洞
理论上的小型黑洞，存在 于早期宇宙中，由于宇宙 膨胀而消失。
黑洞的研究涉及到量子力学和广义相对论的结合，未来有望通过研 究黑洞进一步探索量子引力理论。
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黑洞与相对论
黑洞与广义相对论
01
黑洞是广义相对论中的 重要概念，由爱因斯坦 的场方程预言。
02
黑洞具有极强的引力， 使得其周围的光和物质 无法逃脱。
03
黑洞的内部被称为事件 视界，一旦进入，任何 事物都无法逃逸，包括 光线。
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目录
• 黑洞简介 • 黑洞的特性 • 黑洞的影响 • 黑洞的探索与观测 • 黑洞与相对论 • 科幻作品中的黑洞
01
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黑洞简介
黑洞的定义
黑洞是一种极度密集的天体，其引力强大到连光也无法逃逸。
黑洞的形成与恒星坍缩有关，当一颗质量足够大的恒星燃烧殆尽后，其核心会坍缩 成黑洞。
高能辐射防护
直接观测黑洞会面临高能 辐射和X射线等有害物质的 威胁，需要采取有效的防 护措施。
黑洞研究的未来展望
发展更先进的观测技术
随着科技的发展，未来有望发展更先进的观测技术，如更高分辨 率的望远镜和更灵敏的探测器。
深入研究黑洞与宇宙演化
通过更深入地研究黑洞的性质和宇宙演化，有望揭示更多关于宇宙 奥秘的答案。
微型黑洞
理论上的小型黑洞，存在 于早期宇宙中，由于宇宙 膨胀而消失。
黑洞课件
• 超大质量黑洞的旋转速度接近光 速 • 黑洞的喷射力和吸积率非常巨大， 一个黑洞每月从周围环境中吞噬 掉的物质的质量是地球的10倍， 它每秒钟喷射出的能量是太阳一 年散发出的总能量的50倍
黑 洞 吸 积 盘
黑 洞 喷 发 高 能 粒 子 束
黑 洞 周 围 的 超 高 速 物 质
黑洞的自旋
黑洞的观测
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。 比如说，恒星在被吸入黑洞时会在黑洞周围形 成吸积气盘，盘中气体剧烈摩擦，强烈发热， 而发出X射线。借由对这类X射线的观测，可 以间接发现黑洞并对之进行研究。迄今为止， 黑洞的存在已被天文学界和物理学界的绝大多 数研究者所认同。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ洞的特性
• 黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过它的密 度非常非常大, 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),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（11.2km/s）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， 于是射进去的光没有反射回来，我们的眼睛就 看不到任何东西，只是黑色一片。
哈勃观察到黑洞吞噬物质的情景
天 文 学 家 发 现 仙 女 座 中 心 存 在 大 量 准 黑 洞
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黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
白洞
20世纪60年代初，前苏联的诺维可夫和以色列的尼曼等人又根据爱 因斯坦场方程的史瓦西解提出了白洞的模型。黑洞是宇宙中吞食物质和 光的“陷阱”，是最“自私”的怪物；白洞却是宇宙中最“慷慨”的天 体，各类高能物质乃至光线从这个源涌向宇宙，包括外来的物质和能量 它也一概加以排斥。
（2）LMCX-3双星中的暗星
黑洞候选者
强X射线源LMCX－3中含有一颗质量大约为10个太阳质量的黑洞。
银河系附近的“大麦哲伦星云”——发现的第二可能的黑洞
黑洞的观测与发现
（3）麒麟座X射线新星A0620－00
黑洞候选者
在麒麟座距地球约3000光年外，发现了X射线源
A0620―00，其质量在3.2 -7 m⊙之间，可能是已知离 地球最近的候选者。
1966年探测到天鹅座X-1号星，质量约为7-14m⊙，射出强 烈的X射线、γ射线。1971年，X射线天文卫星“自由号”在观 察天鹅座X-1号星后证实：看得见的那一颗是蓝色的超巨星；
1976年11月美国发射的“高能天文台一2”号卫星，已经拍摄 到这颗黑洞的照片。这是第一个可能的黑洞。
黑洞的观测与发现
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
爱因斯坦－罗森桥
虫洞与黑洞、白洞的接 口是一个时空管道和两 个时空闭合区的连接， 虫洞的时空曲率并不是 无限大，因而我们可以 安全地通过虫洞，而不 被巨大的引力摧毁。
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
超时空旅行
科学家设想，应用虫洞或爱因斯坦－罗森桥，可能克服遥远的可见 和漫长的时间障碍，实现“超时空旅行”。
黑洞的类型
视频：星体周围弯曲的空间
超级大黑洞（星系级超级大黑洞）
由爆发星系、星系碰撞及巨大能量活动能够形成“超级大黑 洞”，一般存在于星系核心。银河系及许多星系中心都存在着 超级大黑洞，最大的达到30亿倍太阳质量，1小时吞吃600个地 球质量的物质。银河系中心的超大黑洞，据推测每小时吞噬4个 地球。
黑洞简介
高一八班 卢瀚轩
目录
一、科学家的预言 二、观测与发现 三、黑洞的类型 四、白洞、虫洞与时空旅行
ppt课件
2
一、科学家的预言
拉普拉斯预言的黑洞 宇宙中存在着奇异暗星
1798年，法国拉普拉斯预言： 一个与地球密度相同，而直径为太阳250倍的星球， 它发射的光将被其自身的引力拉住而不能被我们接收。 宇宙中最明亮的天体很可能是看不见的。
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
虫洞
虫洞概念的出现，几乎与黑洞同时。
如果恒星形成了黑洞，那 么时空在史瓦西半径即视界的 地方与原来的时空垂直。在不 平坦的宇宙时空中，这种结构 就意味着黑洞视界内的部分会 与宇宙的另一个部分相结合， 然后在那里产生一个洞。这个 洞可以是黑洞，也可以是白洞。 而这个弯曲的视界，就叫做史 瓦西喉，它就是一种特定的虫 洞。
ppt课件
22
惠勒将黑洞的这种特征称为“黑洞无毛”（也可以 说只有M,Q,J三根毛），后来被人们称为“黑洞无毛定 理”。
黑洞的观测与发现
核
观测黑洞的方法
心
喷
2.探测方法与手段: 间接推测
流
现 象
引力透镜现象
异常X射线源及γ射线源
M87及其喷流的X射线照片
黑洞的观测与发现
（1）天鹅座X-1号的双星系统 黑洞候选者
拉普拉斯和米切尔还猜想到这类巨大的 暗天体可能像恒星一样众多
史瓦西预言的黑洞
(1). 爱因斯坦广义相对论关于“质量引起时空弯曲”
史瓦西预言的黑洞
(2). 史瓦西预言的黑洞
德国天文学家卡尔·史瓦西（1873—1916年）通过 计算爱因斯坦方程后预言：
如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇 异现象，即在质点的周围存在一个界面──“视界”， 一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。
天体半径达到左式范围时光线也
2Gm 无法逃脱
r c2
令v=c，该式就变为拉普拉斯公式
美国物理学家惠勒（J.A.Wheeler）将这类天体命名为“黑洞” （Black Holes）
史瓦西预言的黑洞
(3).质量足够大或者体积足够小的恒星都能演化成 黑洞
质 太阳
到半径3km时
量
压缩
不 变
地球
到半径3mm时
米切尔预言的黑洞
1783年，他在英国皇家学会会议上发布：
一个密度与太阳相同，而半径为太阳500倍的星 球，会使朝它下落的物体，在到达星球表面时的速度 超过光速。所以，假定光也像其他物体一样被与惯性 力成正比的力所吸引，那么，所有从这个星球发射的 光将被星球自身的引力拉回来。
依据：围绕星体运动物体的向心力和引 力公式推算
黑洞
表一 主序星、白矮星、中子星、黑洞时的尺度与密度
角色
主序星（太阳）
白矮星
半径 平均密度
70万千米 1.4 g / cm3
1万千米 ~1 T / cm3
中子星
黑洞
10千米
3千米
~1 亿吨 / cm3 ~100 亿吨 / cm3
二、观测与发现
观测黑洞的方法
1．黑洞无毛定理
由于黑洞及其视界以内吸引一切，所以我们无法 看到它的真面目。按照现行的物理理论，黑洞强大的 引力场足以摧毁其内部的一切物质形态，扫去一切复 杂的物质结构，刮去了“毛发”，使结构变得简单， 只剩下了质量、电荷及角动量，知道了这三个参量， 也就知道了它的一切。
电脑绘制的虫洞
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
爱因斯坦－罗森桥
虫洞就是源于宇宙泡之间的隧道，并且可能不止一条，有的并不通向另 外的宇宙泡，而只连同自身的两部分，就像“手柄”。虫洞的端口就是 黑洞和白洞，就是源和汇。在这里，虫洞成为一个连接黑、白二洞的， 物质在黑洞的奇点处被瓦解为基本粒子，然后通过爱因斯坦－罗森桥被 传送到白洞辐射出去。
三、黑洞的类型
史瓦西黑洞（基态的黑洞）——既不旋转也不带电
史瓦西黑洞属于“寻常黑洞”。原星质量大于8 m⊙的恒星， 其引力坍缩的最终结局会形成黑洞。
1961
黑百度文库的类型
克尔黑洞（旋转的黑洞）
年 ， 新 西 兰 物 理 学 家 克 尔
黑洞的类型
雷斯勒―诺斯特朗姆黑洞（带电的黑洞）
在克尔黑洞模型之前的1916年和1918年，雷斯勒和诺斯特朗姆从 爱因斯坦场方程先后得出了带电质量产生引力场的精确解，提出 了雷斯勒―诺斯特朗姆黑洞模型。