黑洞精选PPT
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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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4
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。
关于黑洞
见见黑洞
黑洞简介
• 概念：黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不
能逃脱。当恒星的半径小到一定程度时，就连垂 直表面发射的光都无法逃逸了。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。2011年12月，天 文学家首次观测到黑洞“捕捉”星云的过程
• 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。
黑洞系列课件ppt
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。
在宇宙演化过程中，超大质量黑洞的 存在有助于吸引周围物质，形成恒星 和行星等天体，进而形成完整的星系 。
黑洞与宇宙演化
黑洞作为宇宙中强大的引力源，对宇宙的整体演化具有重要 影响。
通过对黑洞的研究，科学家可以更深入地理解宇宙的起源、 演化和终极命运。
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。
在电影中，黑洞往往作为一个重要的元素推动故事情节的发展，如《星际穿越》 中通过黑洞穿越到其他星系寻找适合人类生存的星球。
艺术中的黑洞创意
黑洞主题的艺术创作
艺术家们以黑洞为主题进行创作，通过 绘画、雕塑、装置艺术等形式展现黑洞 的神秘和壮丽。
VS
黑洞在音乐创作中的表现
音乐家们也尝试将黑洞的魅力融入到音乐 中，通过音乐表达对宇宙和生命的思考。
黑洞 ppt课件
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”。
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。
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
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
(精选幻灯片)黑洞ppt
2020/2/4
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问：为什么有粒子跑出？
霍金辐射
在“真空‘的宇宙中，根据海森堡测不准原理，会在瞬 间凭空产生一对正反虚粒子，然后瞬间消失，以符合 能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。霍金推想，如 果在黑洞外产生的虚粒子对，其中一个被吸引进去， 而另一个逃逸的情况。如果是这样，那个逃逸的粒子 获得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮灭，可以逃 逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。这个 猜想后来被证实，这种辐射被命名为霍金辐射。由于 它是向外带去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能 量，黑洞的质量也会渐渐变小，消失。
2020/2/4
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Part.6 人造黑洞
欧洲大型强子对撞机（LargeHadronCollider，简称 LHC）被称为世界规模最庞大的科学工程，它将利用 高速粒子束相撞产生的巨大能量，重建“大爆炸”发 生后的宇宙形态。然而欧洲和美国的反对人士分别向 当地法院提出起诉，要求叫停或推迟这个项目，他们 的理由是，LHC能产生危险的粒子或者微型黑洞，从 而毁灭整个地球。
1796年，法国物理学家拉普拉斯曾预言：“一个质量如250 个太阳，而直径为地球的发光恒星，由于其引力的作用， 将不允许任何光线离开它。由于这个原因，宇宙中最大的 发光天体，却不会被我们看见”。拉普拉斯依据牛顿万有 引力定律，光由星体表面逃逸至无穷远得。
2020/2/4
4
现代物理中的黑洞理论建立在广义相对论的基础上。 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，天文界并不时提出于宇宙中观测发现 到已存在的黑洞。
黑洞面面观PPT课件
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第十一页，共五十七页。
恒星的形成
通常的恒星是万有引力效应将物 质聚集，同时恒星内部热核反应的大 量热能造成粒子剧烈运动形成排斥效 应，当这两种效应势均力敌时，恒星 维持平衡不会塌缩。
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12
第十二页，共五十七页。
恒星的塌缩
随着热核反应能量逐渐耗尽，恒星 会慢慢冷却，吸引效应压倒排斥效应， 使恒星塌缩。原子的壳层被压碎，形 成原子核在电子海洋中漂浮状态。此 时电子间的斥力抵抗不住恒星自身引 力，恒星塌缩至高密度状态。
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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。
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第八页，共五十七页。
黑洞（black hole）
直到1915年爱因斯坦提出广义相对论之前， 一直没有关于引力如何影响光的协调的理论。 又过了很长时间，这个黑洞的模型才被理解。 在没有任何观测到的实际证据证明其理论是正 确的情形下，作为数学模型的黑洞理论已经被 发展到非常详尽的地步。
按黑洞本身的物理特性划分
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第二十五页，共五十七页。
暗能量黑洞
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。暗能量 黑洞的体积很大，可以有太阳系那般大。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。
从上式中不难看出，质量越大、半径越小 的球体，其逃逸速度越大，如果令球体半径
R＜
则有 v逃＞c
这意味着什么呢？如果假定光也同一般物体一
黑洞简介ppt
E mc
表明，能量的损失会导致质量的损失。 当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。这样， 当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失 得更快。这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，因 为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直
旋转黑洞
1.根据黑洞的质量的大小，大体可以将黑洞分为如下三类： 微黑洞：大小相当于原子尺度，为10-8厘米，质量像座大山的黑
谢 谢 观 看 ！
制作人 ：卓越电子1201刘京超 胡永泉
蒸发过程黑洞喷射物不断变亮
3、毁灭
黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。 假设一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒 子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近的 话就会有两种情况发生：两粒子湮灭、一个粒子被吸入黑洞。 “一个粒子被吸入黑洞”这一情况：在黑洞附近创生的一对粒子 其中一个反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能 凭空创生，我们设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量，而反 粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子的为之相反的运动过 程，如一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子从黑洞逃逸。 这一情况就是一个携带着从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了， 即黑洞的总能量少了，而爱因斯坦的公式 2
证据一
黑洞是一类引力极大的天体，进入黑洞视界（史瓦西 半径）的一切物体都无法逃出，包括光（电磁波）。黑洞 对于视界外的天体也有引力作用，速度不够快的天体会在 引力作用下落入视界内。这些被吸进的物质就会形成可观 测得吸积盘。吸积盘通常在在黑洞的赤道平面，这源于黑 洞自转产生的离心效应（可与地球、太阳等天体对比。地 球、太阳等天体在自转产生的离心效应的影响下呈现略扁 的形状）。 科学家已观测到一些恒星的异常运动，就好像受到另 一大质量天体的吸引一样，少部分更产生吸积盘的效应， 通常这只发生在双星系统中。然而这些被观测的天体并没 有发现存在伴星（双星系统中的两颗恒星互为伴星），经 推测，这很可能是因为伴星为黑洞。
黑洞ppt课件
。
1971年，科学家们通过观测 双星系统的变化，间接证明了
黑洞的存在。
2019年，科学家们通过事件 视界望远镜观测到了黑洞的照
片，证实了黑洞的存在。
黑洞的类型
01
02
03
恒星型黑洞
由大质量恒星坍缩形成， 质量在数倍到数十倍太阳 质量之间。
超大质量黑洞
存在于星系中心，质量可 达数十亿倍太阳质量或更 高。
03
CATALOGUE
黑洞的影响
对星系形成的影响
星系形成
黑洞强大的引力可以影响其周围的星 体运动，甚至影响星系的形成。在某 些情况下，黑洞的存在可能导致星系 无法形成或改变其演化路径。
星系演化
黑洞通过吞噬星体和气体，可以影响 星系的演化过程。在某些情况下，黑 洞的强大引力可能会加速星系内部的 星体碰撞和合并过程。
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。
04
黑洞的奇洞与量子力学
量子力学与黑洞的结合是现代理论物 理学的重要课题。
1971年，科学家们通过观测 双星系统的变化，间接证明了
黑洞的存在。
2019年，科学家们通过事件 视界望远镜观测到了黑洞的照
片，证实了黑洞的存在。
黑洞的类型
01
02
03
恒星型黑洞
由大质量恒星坍缩形成， 质量在数倍到数十倍太阳 质量之间。
超大质量黑洞
存在于星系中心，质量可 达数十亿倍太阳质量或更 高。
03
CATALOGUE
黑洞的影响
对星系形成的影响
星系形成
黑洞强大的引力可以影响其周围的星 体运动，甚至影响星系的形成。在某 些情况下，黑洞的存在可能导致星系 无法形成或改变其演化路径。
星系演化
黑洞通过吞噬星体和气体，可以影响 星系的演化过程。在某些情况下，黑 洞的强大引力可能会加速星系内部的 星体碰撞和合并过程。
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。
04
黑洞的奇洞与量子力学
量子力学与黑洞的结合是现代理论物 理学的重要课题。
黑洞PPT优选版
无银法河它逃 系脱中。心发的超射大黑的洞，据光推测将每小被时吞噬其4个地自球。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。 奥本海默（1904～1967）在1939年研究提出
视频：恒星——中子星——黑洞 ~100 亿吨 / cm3 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； 小黑洞的蒸发过程起初很慢，随着质量的消耗则越来越快，最后发生强烈的爆炸，放出耀眼的光芒而消亡。 该黑洞是一个强烈的射电和X射线源，定位在人马座A（Sgr A，）的地方，称为人马座A*，离地球约有26,000光年的距离。 前苏联科学家亚力山大·特罗缅科等人于1991年提出了“微质量黑洞存在于一切空间”的假说，引起不少科学家的关注。 依据：围绕星体运动物体的向心力和引力公式推算 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。 牛津大学的彭若斯、 物理学家米斯纳等人论证，处于转动的、带电的激发态黑洞存在超辐射和自发辐射，并且这类辐射可以带走黑洞 的转动能、电磁能和电荷，导致黑洞转速减慢、电荷减少、能层变薄，直到蜕化为不转动、不带电的史瓦西黑洞。
现代科学技术概论
山东理工大学 现代科学技术概论教学团队
年3月
宇宙篇
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
宇宙黑洞
什么是黑洞？
怎样观测和发现黑洞？ 黑洞有那些类型？ 有白洞吗？
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
~100 亿吨 / cm3 黑洞的寿命与其质量的立方成正比，质量越小蒸发的越快，寿命就越短。
视频：中子星形成黑洞的条件
二、观测与发现
视频：恒星——中子星——黑洞 ~100 亿吨 / cm3 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； 小黑洞的蒸发过程起初很慢，随着质量的消耗则越来越快，最后发生强烈的爆炸，放出耀眼的光芒而消亡。 该黑洞是一个强烈的射电和X射线源，定位在人马座A（Sgr A，）的地方，称为人马座A*，离地球约有26,000光年的距离。 前苏联科学家亚力山大·特罗缅科等人于1991年提出了“微质量黑洞存在于一切空间”的假说，引起不少科学家的关注。 依据：围绕星体运动物体的向心力和引力公式推算 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。 牛津大学的彭若斯、 物理学家米斯纳等人论证，处于转动的、带电的激发态黑洞存在超辐射和自发辐射，并且这类辐射可以带走黑洞 的转动能、电磁能和电荷，导致黑洞转速减慢、电荷减少、能层变薄，直到蜕化为不转动、不带电的史瓦西黑洞。
现代科学技术概论
山东理工大学 现代科学技术概论教学团队
年3月
宇宙篇
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
宇宙黑洞
什么是黑洞？
怎样观测和发现黑洞？ 黑洞有那些类型？ 有白洞吗？
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
~100 亿吨 / cm3 黑洞的寿命与其质量的立方成正比，质量越小蒸发的越快，寿命就越短。
视频：中子星形成黑洞的条件
二、观测与发现
黑洞PPT课件
视频：黑洞的产生 视频：恒星——中子星——黑洞
中子星的奥本海默极限
奥本海默（1904～1967）在1939年研究提出
如果中子星的质量超过3.2 m⊙(太阳质量的3.2倍)（精 细的模型给出值在2～3 m⊙之间），则其的中子间的泡 利斥力就再也阻挡不住星体引力坍缩，会进一步被压 缩成一个体积很小而质量巨大的高密度引力源——黑 洞。上述3.2 m⊙（常记作3）的中子星界限被称作“奥 本海默极限”，任何超此极限的恒星都难以停留在中 子星阶段。
黑洞的观测与发现
（4）银河系的1E1740.7-2942
黑洞候选者
1990年发现了一个较强的X射线和γ射线源，它距银河系 中心不到300光年，暂时代号为1E1740.7-2942
黑洞的观测与发现
（5）遥远星系（M87）的中心黑洞
黑洞候选者
1994年，哈勃太空望远镜拍摄到，在距离地球约5000万光年的椭圆星系M87
中，一团宽约1.6亿公里的灼热气体形成的吸积盘正在环绕其中心旋转
每秒竟达约500公里的旋转速率表明，它可能有一个量级可10光年的亮团组成
巨大的黑洞正把星体吸进去
黑洞的观测与发现
（6）银心黑洞
黑洞候选者
2002年，美国加州大学的科学家在《自然》周刊上公布了银心可能存在黑 洞的消息。该黑洞的体积大约是太阳的260万倍，直径大约是地球轨道直径 的1/10，众多恒星围绕它旋转，构成巨大的圆盘。该黑洞是一个强烈的射 电和X射线源，定位在人马座A（Sgr A，）的地方，称为人马座A*，离地球 约有26,000光年的距离。
现代科学技术概论
现代科学技术概论教学团队 2010年3月
宇宙篇
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
中子星的奥本海默极限
奥本海默（1904～1967）在1939年研究提出
如果中子星的质量超过3.2 m⊙(太阳质量的3.2倍)（精 细的模型给出值在2～3 m⊙之间），则其的中子间的泡 利斥力就再也阻挡不住星体引力坍缩，会进一步被压 缩成一个体积很小而质量巨大的高密度引力源——黑 洞。上述3.2 m⊙（常记作3）的中子星界限被称作“奥 本海默极限”，任何超此极限的恒星都难以停留在中 子星阶段。
黑洞的观测与发现
（4）银河系的1E1740.7-2942
黑洞候选者
1990年发现了一个较强的X射线和γ射线源，它距银河系 中心不到300光年，暂时代号为1E1740.7-2942
黑洞的观测与发现
（5）遥远星系（M87）的中心黑洞
黑洞候选者
1994年，哈勃太空望远镜拍摄到，在距离地球约5000万光年的椭圆星系M87
中，一团宽约1.6亿公里的灼热气体形成的吸积盘正在环绕其中心旋转
每秒竟达约500公里的旋转速率表明，它可能有一个量级可10光年的亮团组成
巨大的黑洞正把星体吸进去
黑洞的观测与发现
（6）银心黑洞
黑洞候选者
2002年，美国加州大学的科学家在《自然》周刊上公布了银心可能存在黑 洞的消息。该黑洞的体积大约是太阳的260万倍，直径大约是地球轨道直径 的1/10，众多恒星围绕它旋转，构成巨大的圆盘。该黑洞是一个强烈的射 电和X射线源，定位在人马座A（Sgr A，）的地方，称为人马座A*，离地球 约有26,000光年的距离。
现代科学技术概论
现代科学技术概论教学团队 2010年3月
宇宙篇
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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
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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
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。
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
2.探测方法与手段: 间接推测
喷 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
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
r
2Gm c2
天体半径达到左式范围时光线也无 法逃脱
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Biblioteka 不 变地球到半径3mm时
（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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
黑洞的类型
克尔黑洞（旋转的黑洞）
19 61 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。
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。
谢谢
22
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
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。
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
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。
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
2.探测方法与手段: 间接推测
喷 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
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
r
2Gm c2
天体半径达到左式范围时光线也无 法逃脱
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Biblioteka 不 变地球到半径3mm时
（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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
黑洞的类型
克尔黑洞（旋转的黑洞）
19 61 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。
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。
谢谢
22
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
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。