霍金-黑洞PPT课件
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(精选幻灯片)黑洞ppt
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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。
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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。
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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。
霍金与黑洞
１９７５年 １９７５年，霍金以数学计算的方 法证明黑洞由于质量巨大， 法证明黑洞由于质量巨大，进入其 边界的，也即所谓“活动水平线” 边界的，也即所谓“活动水平线” 的物体都会被其吞噬而永远无法逃 黑洞形成后， 逸。黑洞形成后，就开始向外辐射 能量， 能量，最终将因为质量丧失殆尽而 消失。2004年 21日 消失。2004年7月21日，霍金向学术 界宣布了他对黑洞研究的最新成果。 界宣布了他对黑洞研究的最新成果。 他认为， 他认为，黑洞不会将进入其边界的 物体的信息淹没， 物体的信息淹没，反而会将这些信 撕碎”后释放出去。 息“撕碎”后释放出去。该一理论 的提出，说明霍金推翻了近30 30年前 的提出，说明霍金推翻了近30年前 他自己提出的“黑洞悖论” 他自己提出的“黑洞悖论”。
霍金 史蒂芬霍金是英国物理学家 霍金是英国物理学家， 史蒂芬 霍金是英国物理学家，他 用毕生精力研究黑洞普通物理学定理 不再适用的时空领域) 不再适用的时空领域)和宇宙起源大爆 炸原理。他提出黑洞能发射辐射( 炸原理。他提出黑洞能发射辐射(现在 叫霍金辐射) 叫霍金辐射)的预言现在已是一个公认 的假说。 的假说。他的研究工作在科学界远不 及他的畅销书《时间简史》出名。 及他的畅销书《时间简史》出名。他 这本销售量达2,500 2,500万份的畅销书对量 这本销售量达2,500万份的畅销书对量 子物理学和相对论作了大量介绍。 子物理学和相对论作了大量介绍。
Hale Waihona Puke 他曾提出了一系列惊人的有关大爆炸和黑洞的理论， 他曾提出了一系列惊人的有关大爆炸和黑洞的理论，并 著有《空间－时间的大比例结构》（１９７３，合著）、 著有《空间－时间的大比例结构》 １９７３，合著）、 广义相对论：爱因斯坦百年评论》 １９７９， 《广义相对论：爱因斯坦百年评论》（１９７９，合 编）、《超空间和超重力》（１９８１，合编）、《宇 ）、《超空间和超重力》 １９８１，合编）、《 ）、 宙之始》 １９８３，合编） 时间简史》 宙之始》（１９８３，合编）及《时间简史》（１９８ ８年）等。他对量子物理作出了巨大贡献。 他对量子物理作出了巨大贡献。
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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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
《史蒂芬霍金》课件
地球的可持续发展与环境保护
可持续发展
霍金强调，地球的资源有限，人类需要采取 可持续发展的方式来满足自身需求。他提倡 节能减排、循环经济、绿色能源等措施，以 实现地球的可持续发展。
环境保护
霍金认为，环境保护是人类生存的基础，也 是地球可持续发展的前提。他呼吁人们重视 环境保护，采取措施减少污染和破坏，保护 生物多样性，维护地球生态平衡。
他不仅追求知识，还致力于科学的传播，让 更多的人了解和认识科学，激发人们对探索
未知领域的兴趣和热情。
对人类未来的关怀与思考
霍金非常关注人类的未来和生存问题，他对于地球环境和人类发展的思考具有前瞻性和启示性。
他对于人工智能、星际旅行等领域的思考和探索，为人类未来的展与挑战
人工智能的潜力
霍金认为，人工智能的发展将为人类带来巨大的变革和机遇，包括在医疗、交通、能源等领域的应用。他鼓励人 们积极探索人工智能的发展，并发挥其潜力。
人工智能的挑战
同时，霍金也提醒人们注意人工智能发展带来的挑战，如就业问题、隐私保护、伦理道德等。他认为需要制定相 应的政策和法规，以确保人工智能的发展不会对人类造成威胁。
VS
该书从宇宙大爆炸到暗物质、暗能量 等前沿话题，深入探讨了宇宙起源与 演化的问题，并介绍了量子力学和相 对论在宇宙研究中的应用，为读者提 供了更深入的宇宙学知识。
霍金的演讲视频与音频
霍金生前留下了大量的演讲视频和音频，涵盖了从科学普及到学术研讨的多个领域。
这些演讲视频和音频是霍金对科学和宇宙思考的珍贵记录，包括了他对黑洞、时间旅行、外星生命等 话题的深入探讨，以及他对科学普及和教育的热情和见解。通过这些演讲，我们可以更全面地了解霍 金的学术思想和人格魅力。
宇宙微波背景辐射
《黑洞旅行》(课堂PPT)
2018年3月14日，霍金逝世，享年76岁。
霍金逝世后，引发全球各界悼念。其葬礼将
于3月31日在剑桥大学举行，其骨灰将至于
著名科学家牛顿、达尔文旁。
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➢ 职业：物理学家、宇宙学家、数学家、思想
家、哲学家
➢ 研究领域：天体物理学、理论物理学、数学
➢ 著名理论：黑洞、霍金辐射
➢ 主要成就：总统自由勋章（2009）/科普利
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➢ 1985年在瑞士病倒/实行气管造口手术从而失 去语言能力，使用带造音器的计算机 1988年 《时间简史:从大爆炸到黑洞》出版/获沃尔夫 基金奖
➢ 1989年被授予大英帝国荣誉爵士
➢ 1990年与妻子离异,1991年 《时间简史》同 名电影上映
➢ 1993年《“黑洞与婴儿宇宙 ”及其他论文》
金的一生，是人类意志力的记录，是科学精神创
造的奇迹。 2020/7/12
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霍金预言时间表
➢ 2032年 地球进入冰河时代，全球气候变暖。
➢ 2060年 人类必须离开地球。
➢ 2100年 人类进入外太空，新人种出现。
黑洞旅行
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霍金
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斯蒂芬·威廉·霍金
Stephen William Hawking
（1942年1月8日至2018年3月14日）男，
出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学
小学天文课——黑洞PPT课件
神秘的黑洞
-
1
课题提出的背景
探索是人类天然的兴趣，飞行是人类天然的爱好。 任何有关宇宙和探索的话题都能引起整个社会的巨大兴 趣。黑洞探索的成绩有助于增强社会的凝聚力，有助于 激励社会的进取精神，有助于吸引小学生对科学的兴趣。
-
2
-3ຫໍສະໝຸດ -4什么是黑洞？
-
5
一、黑洞的概念
黑洞（Black hole）是现代广义相对论中，宇宙空间内存 在的一种密度极大体积极小的天体。
-
6
奇妙之旅：
黑：表明它不会向外界发射或反射任何光线
洞：是任何东西只要一进入它的边界，就会被它吸进去，就 别 想“爬”出来，连跑的最快的光也逃脱不掉，它就像一个真 正的“无底洞”
-
7
恒星周围的气体或气体云被黑洞吞噬时被加热到很高
温度，散发出强- 烈的X射线
8
电脑模拟黑洞吞噬- 地球
9
黑洞不是一个“黑窟窿”，而是一个非常神秘 的天体：
就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就
诞生了。
-
12
黑洞的扭曲作用：
-
13
吸积 蒸发 毁灭
-
演 化 过 程 ：
14
1、吸积
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称 为吸积。“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流 动。
-
15
2、蒸发
每个黑洞都有一定的温度，温度的高 低与黑洞的质量成反比例。也就是说， 大黑洞温度低，蒸发也微弱；小黑洞的 温度高蒸发也强烈，类似剧烈的爆发。
1、不旋转不带电荷的黑洞 2、不旋转带电黑洞 3、旋转不带电黑洞 4、一般黑洞 5、双星黑洞
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1
课题提出的背景
探索是人类天然的兴趣，飞行是人类天然的爱好。 任何有关宇宙和探索的话题都能引起整个社会的巨大兴 趣。黑洞探索的成绩有助于增强社会的凝聚力，有助于 激励社会的进取精神，有助于吸引小学生对科学的兴趣。
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-3ຫໍສະໝຸດ -4什么是黑洞？
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5
一、黑洞的概念
黑洞（Black hole）是现代广义相对论中，宇宙空间内存 在的一种密度极大体积极小的天体。
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6
奇妙之旅：
黑：表明它不会向外界发射或反射任何光线
洞：是任何东西只要一进入它的边界，就会被它吸进去，就 别 想“爬”出来，连跑的最快的光也逃脱不掉，它就像一个真 正的“无底洞”
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恒星周围的气体或气体云被黑洞吞噬时被加热到很高
温度，散发出强- 烈的X射线
8
电脑模拟黑洞吞噬- 地球
9
黑洞不是一个“黑窟窿”，而是一个非常神秘 的天体：
就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就
诞生了。
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黑洞的扭曲作用：
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吸积 蒸发 毁灭
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演 化 过 程 ：
14
1、吸积
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称 为吸积。“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流 动。
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2、蒸发
每个黑洞都有一定的温度，温度的高 低与黑洞的质量成反比例。也就是说， 大黑洞温度低，蒸发也微弱；小黑洞的 温度高蒸发也强烈，类似剧烈的爆发。
1、不旋转不带电荷的黑洞 2、不旋转带电黑洞 3、旋转不带电黑洞 4、一般黑洞 5、双星黑洞
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霍金与黑洞之谜课件
科学的社会责任
科学家和学者有责任向公众传播科学知识，提高公众的科学素养和意识，推动社会的科 学发展和进步。
2023
REPORTING
THAN辐射理论，也称为霍金辐射，是指黑洞边缘会释放出辐射的假说。
详细描述
霍金认为黑洞并非完全不发光，而是会以量子效应的方式释放出辐射。这一理 论是基于量子力学和广义相对论的结合，对于理解黑洞的性质和宇宙演化具有 重要意义。
霍金对黑洞内部结构的理解
总结词
霍金认为黑洞内部由奇点、事件视界和辐射组成。
黑洞的形成
黑洞的形成与恒星演化密切相关。 当一颗大质量恒星耗尽燃料并发 生引力坍缩时，其核心会形成黑 洞。
此外，宇宙中的物质和能量在极 端条件下也可能形成黑洞，例如 宇宙大爆炸后残留的超高密度物
质。
黑洞的形成还可能与宇宙中的其 他天体相互作用，如中子星合并
等极端事件。
黑洞的特性
黑洞具有极强的引力，可以弯曲周围 的时空，产生明显的引力透镜效应。
REPORTING
霍金对科学界的贡献
理论物理学的发展
霍金在理论物理学领域做出了卓 越的贡献，特别是在黑洞辐射和
宇宙学方面。
普及科学
霍金是一位杰出的科学传播者，他 的著作和演讲使复杂的科学概念变 得易于理解，激发了公众对科学的 兴趣。
激励后辈
霍金作为一位杰出的科学家和学者， 为年轻一代科学家和学者树立了榜 样，激励他们追求科学事业。
2023
PART 04
黑洞与宇宙的关系
REPORTING
黑洞在宇宙中的地位
黑洞是宇宙中最为神秘的天体之一，它们在宇宙中占据着重要的地位。
黑洞拥有极强的引力，能够吞噬一切周围的物质，包括光线，因此我们无法直接观 测到黑洞。
科学家和学者有责任向公众传播科学知识，提高公众的科学素养和意识，推动社会的科 学发展和进步。
2023
REPORTING
THAN辐射理论，也称为霍金辐射，是指黑洞边缘会释放出辐射的假说。
详细描述
霍金认为黑洞并非完全不发光，而是会以量子效应的方式释放出辐射。这一理 论是基于量子力学和广义相对论的结合，对于理解黑洞的性质和宇宙演化具有 重要意义。
霍金对黑洞内部结构的理解
总结词
霍金认为黑洞内部由奇点、事件视界和辐射组成。
黑洞的形成
黑洞的形成与恒星演化密切相关。 当一颗大质量恒星耗尽燃料并发 生引力坍缩时，其核心会形成黑 洞。
此外，宇宙中的物质和能量在极 端条件下也可能形成黑洞，例如 宇宙大爆炸后残留的超高密度物
质。
黑洞的形成还可能与宇宙中的其 他天体相互作用，如中子星合并
等极端事件。
黑洞的特性
黑洞具有极强的引力，可以弯曲周围 的时空，产生明显的引力透镜效应。
REPORTING
霍金对科学界的贡献
理论物理学的发展
霍金在理论物理学领域做出了卓 越的贡献，特别是在黑洞辐射和
宇宙学方面。
普及科学
霍金是一位杰出的科学传播者，他 的著作和演讲使复杂的科学概念变 得易于理解，激发了公众对科学的 兴趣。
激励后辈
霍金作为一位杰出的科学家和学者， 为年轻一代科学家和学者树立了榜 样，激励他们追求科学事业。
2023
PART 04
黑洞与宇宙的关系
REPORTING
黑洞在宇宙中的地位
黑洞是宇宙中最为神秘的天体之一，它们在宇宙中占据着重要的地位。
黑洞拥有极强的引力，能够吞噬一切周围的物质，包括光线，因此我们无法直接观 测到黑洞。
黑洞图文-PPT精品文档
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。
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。
黑洞概念来自具体形成过程 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。 质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则 有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量 不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，将再没有什 么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。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 一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径 一旦收缩到一定程度（史瓦西半径），正象我们 黑洞上面介绍的那样，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。
《黑洞旅行》(课堂PPT)
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➢ 1985年在瑞士病倒/实行气管造口手术从而失 去语言能力，使用带造音器的计算机 1988年 《时间简史:从大爆炸到黑洞》出版/获沃尔夫 基金奖
➢ 1989年被授予大英帝国荣誉爵士
➢ 1990年与妻子离异,1991年 《时间简史》同 名电影上映
➢ 1993年《“黑洞与婴儿宇宙 ”及其他论文》
[霍金的传奇也源于他不平凡的人生经历] 霍金正是在这种一般人难以置信的艰难中，成 为世界公认的引力物理科学巨人。霍金在剑桥 大学任牛顿曾担任过的卢卡逊数学讲座教授之 职，他的黑洞蒸发理论和量子宇宙论不仅震动 了自然科学界，并且对哲学和宗教也有深远影 响。
从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制，霍 金对量子宇宙论的发展作出了杰出的贡献。他 的目标是解决从牛顿以来一直困扰人类的“第 一推力”问题。他的宇宙模型是一个封闭的无 边界的有限的四维时空——不需要上帝的第一 推力2020，/7/12宇宙的演化完全取决于物理定律。 12
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本文的推理思路：
约翰·米歇尔的 引力对光线的不自治理论
广义相对论下的引力对光 线效应之自治理论
黑洞理论
黑洞存在的 可能性
黑洞的形成、 白洞
—→ 量子力学的不确定性原理 （逃逸——婴儿宇宙）
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进一步把握《黑洞旅行》的 结构和文意
１．语言准确
准确的语言是说明文的 最基本要求，精确和模糊是实 现准确的两极。
“带味”粒子和“自旋”的粒子、反物质、“时
间箭头”等进行探索。至1995年10月， 该 书 已
用33种文字发行2500万册，如今在西方，自称
受过教育的人若没有读过这本书，会被人看不起。
黑洞 幻灯片
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
1.黑洞的形成
2.虫洞？！
依据爱因斯坦的广义 相对论，引力使时空 弯曲
黑洞的形成
•
黑洞（Black hole）是根据现代的广 义相对论所预言的，在宇宙空间中存 在的一种质量相当大的天体。黑洞是 由质量足够大的恒星在核聚变反应的 燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩 （达到史瓦西半径）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，就连光也逃逸不出来。由 于类似热力学上完全不反射光线的黑 体，故名为黑洞。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。
3.黑洞的蒸发 4.未来之路
卡尔· 史瓦西黑洞
1783年，英国天文学家约翰· 米歇尔想到：如果一颗星星，当它的质量变 得连光都无法逃逸，那么这个物体从外表来看就是黑色的，所以在空间内找 到这个物体在某种意义上来说是不可能的。米歇尔把它命名为“暗星”。
但米歇尔的“暗星”的问题被遗忘了一个半世纪，直到1916年，才 重新浮上水面。德国物理学家卡尔· 史瓦西发现了爱因斯坦大质量恒星方程的 一个解，这个解指向了一个消化完能量，塌缩的恒星。这个解指出:塌缩的 恒星在回缩到一定范围内时，会形成一个“魔球”，拥有强大的重力，以至 于超过了光的逃逸速度，所以在“魔球”中，连光都无法逃离。史瓦西没有 认识到：他重新发现了米歇尔的“暗星”。 下一步，史瓦西计算了一下“魔球”的半径（即史瓦西半径）。对 于一个太阳大小的恒星，“魔球”大约3千米（对于地球，史瓦西半径大约1 厘米）。这意味着当一颗星星拥有足够的能量压缩到两英里时，就会变成 “黑星”，经过这个不能返回的极限点（即黑洞的事件视界）的任何物体， 都会被它“吞噬”掉。但因为黑洞太离奇，所以连相对论方程的提出者—— 爱因斯坦也不相信它的存在。 你所能看到的最远的距 离被称作视界 双星系统：天鹅座X-1 （可能存在黑洞）
1.黑洞的形成
2.虫洞？！
依据爱因斯坦的广义 相对论，引力使时空 弯曲
黑洞的形成
•
黑洞（Black hole）是根据现代的广 义相对论所预言的，在宇宙空间中存 在的一种质量相当大的天体。黑洞是 由质量足够大的恒星在核聚变反应的 燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩 （达到史瓦西半径）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，就连光也逃逸不出来。由 于类似热力学上完全不反射光线的黑 体，故名为黑洞。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。
3.黑洞的蒸发 4.未来之路
卡尔· 史瓦西黑洞
1783年，英国天文学家约翰· 米歇尔想到：如果一颗星星，当它的质量变 得连光都无法逃逸，那么这个物体从外表来看就是黑色的，所以在空间内找 到这个物体在某种意义上来说是不可能的。米歇尔把它命名为“暗星”。
但米歇尔的“暗星”的问题被遗忘了一个半世纪，直到1916年，才 重新浮上水面。德国物理学家卡尔· 史瓦西发现了爱因斯坦大质量恒星方程的 一个解，这个解指向了一个消化完能量，塌缩的恒星。这个解指出:塌缩的 恒星在回缩到一定范围内时，会形成一个“魔球”，拥有强大的重力，以至 于超过了光的逃逸速度，所以在“魔球”中，连光都无法逃离。史瓦西没有 认识到：他重新发现了米歇尔的“暗星”。 下一步，史瓦西计算了一下“魔球”的半径（即史瓦西半径）。对 于一个太阳大小的恒星，“魔球”大约3千米（对于地球，史瓦西半径大约1 厘米）。这意味着当一颗星星拥有足够的能量压缩到两英里时，就会变成 “黑星”，经过这个不能返回的极限点（即黑洞的事件视界）的任何物体， 都会被它“吞噬”掉。但因为黑洞太离奇，所以连相对论方程的提出者—— 爱因斯坦也不相信它的存在。 你所能看到的最远的距 离被称作视界 双星系统：天鹅座X-1 （可能存在黑洞）
名人故事霍金(共7张PPT)
我还有很多事情想做，人如果什么梦想 都没有，就等于死亡。
---（霍金自我评价）
我是一个乐观的、浪漫的人。 ---（霍金自我评价）
所获荣誉
· 1989年获得英国爵士荣誉称号。
·英国皇家学会学员和美国科学院外籍院士。
·伦敦皇家天文学会的埃丁顿勋章。 ·梵蒂冈教皇科学学会十一世勋章。
·霍普金斯奖。
·美国丹尼欧海涅曼奖。
·麦克斯韦奖。
·英国皇家学会的休斯勋章。 · 1978年获世界物理学界最高奖—爱因斯坦奖章。
名人故事霍金
斯蒂芬·威廉·霍金
霍金,1942年出生于英国,主要研究 领域是宇宙论和黑洞，是英国剑桥大 学著名物理学家，被誉为继爱因斯坦 之后世界上最著名的科学思想家和最 杰出的理论物理学家，被称为在世的 最伟大的科学家之一，还被称为“宇 宙之王”。
他曾预言：地球将在200年内毁灭， 而人类要想继续存活只有一条路： 移民外星球。
·他成功完成了《时间简史》、 《果壳中的宇 宙》 、 《大设计》。其中《时间简史》是继爱
因斯坦《相对论》之后，物理学中揭露宇宙奥 秘的最伟大著作。
始终保持积极乐观的心态
·我的手指还能活动； ·· ··我我 我我还有的有有爱大终一和身脑颗爱追还感我求能恩的的思的亲理维心人想；…朋；…友”； ····················霍杰·始···其···后他他他他英英梵我后他后后梵梵梵他英他英1222212金出终中0900009来成成成用国国蒂有来成来来蒂蒂蒂成国成国2822228,的 保 《18111181，功功功仅皇皇冈 终，功，，冈冈冈功皇功皇9年年 年年年年年理持时又完完完有家家教 身又完又又教教教完家完家4与 48484与2论积间因成成成的学学皇 追因成因因皇皇皇成学成学月 月月月月年罗罗物极简为了了了三会会科 求为了为为科科科了会了会21212出杰杰27277理乐史肺《《《个学学学 的肺《肺肺学学学《学《学日 日日日日生··学观》彭彭炎时时时完员员学 理炎时炎炎学学学时员时员， ，，，，于家的是罗罗进间间间好和和会 想进间进进会会会间和间和获 获获获获英，心继斯 斯行简简简的美美十 ；行简行行十十十简美简美得得得得得国被态爱共共了史史史手国国一 了史了了一一一史国史国222自自,主称因000同同穿》》》指科科世 穿》穿穿世世世》科》科由由222要为斯111获获气、、、在学学勋 气、气气勋勋勋、学、学勋勋GGG研在坦得得管键院院章 管管管章章章院院MMM章章《《《《《《究世《了了手盘外外。 手手手。。。外外III——CCC果果果果果果领的相的的术上籍籍术术术籍籍——XXX壳壳壳壳壳壳域最对沃沃组 组组，敲院院，，，院院由由中中中中中中是伟论尔尔委 委委从出士士从从从士士奥奥的的的的的的宇大》夫夫会 会会此要。。此此此。。巴巴宇宇宇宇宇宇宙的之物物致 致致以说以以以马马宙宙宙宙宙宙论科后理理敬敬 敬后的后后后亲 亲》》》》》》和学，奖奖荣 荣荣，词，，，自自黑、、、、、、家物。。誉 誉誉他，他他他颁颁洞之理《《《《《《。 。。完组完完完奖奖，一学大大大大大大全成全全全。。是，中设设设设设设不相不不不英还揭计计计计计计能应能能能国被露》》》》》》说的说说说剑称宇。。。。。。话句话话话桥为宙。子。。。大奥“，宇学秘经宙著的过之名最语王物伟音”。理大合学著成家作器，。发被出誉声为音继来爱。因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最
---（霍金自我评价）
我是一个乐观的、浪漫的人。 ---（霍金自我评价）
所获荣誉
· 1989年获得英国爵士荣誉称号。
·英国皇家学会学员和美国科学院外籍院士。
·伦敦皇家天文学会的埃丁顿勋章。 ·梵蒂冈教皇科学学会十一世勋章。
·霍普金斯奖。
·美国丹尼欧海涅曼奖。
·麦克斯韦奖。
·英国皇家学会的休斯勋章。 · 1978年获世界物理学界最高奖—爱因斯坦奖章。
名人故事霍金
斯蒂芬·威廉·霍金
霍金,1942年出生于英国,主要研究 领域是宇宙论和黑洞，是英国剑桥大 学著名物理学家，被誉为继爱因斯坦 之后世界上最著名的科学思想家和最 杰出的理论物理学家，被称为在世的 最伟大的科学家之一，还被称为“宇 宙之王”。
他曾预言：地球将在200年内毁灭， 而人类要想继续存活只有一条路： 移民外星球。
·他成功完成了《时间简史》、 《果壳中的宇 宙》 、 《大设计》。其中《时间简史》是继爱
因斯坦《相对论》之后，物理学中揭露宇宙奥 秘的最伟大著作。
始终保持积极乐观的心态
·我的手指还能活动； ·· ··我我 我我还有的有有爱大终一和身脑颗爱追还感我求能恩的的思的亲理维心人想；…朋；…友”； ····················霍杰·始···其···后他他他他英英梵我后他后后梵梵梵他英他英1222212金出终中0900009来成成成用国国蒂有来成来来蒂蒂蒂成国成国2822228,的 保 《18111181，功功功仅皇皇冈 终，功，，冈冈冈功皇功皇9年年 年年年年年理持时又完完完有家家教 身又完又又教教教完家完家4与 48484与2论积间因成成成的学学皇 追因成因因皇皇皇成学成学月 月月月月年罗罗物极简为了了了三会会科 求为了为为科科科了会了会21212出杰杰27277理乐史肺《《《个学学学 的肺《肺肺学学学《学《学日 日日日日生··学观》彭彭炎时时时完员员学 理炎时炎炎学学学时员时员， ，，，，于家的是罗罗进间间间好和和会 想进间进进会会会间和间和获 获获获获英，心继斯 斯行简简简的美美十 ；行简行行十十十简美简美得得得得得国被态爱共共了史史史手国国一 了史了了一一一史国史国222自自,主称因000同同穿》》》指科科世 穿》穿穿世世世》科》科由由222要为斯111获获气、、、在学学勋 气、气气勋勋勋、学、学勋勋GGG研在坦得得管键院院章 管管管章章章院院MMM章章《《《《《《究世《了了手盘外外。 手手手。。。外外III——CCC果果果果果果领的相的的术上籍籍术术术籍籍——XXX壳壳壳壳壳壳域最对沃沃组 组组，敲院院，，，院院由由中中中中中中是伟论尔尔委 委委从出士士从从从士士奥奥的的的的的的宇大》夫夫会 会会此要。。此此此。。巴巴宇宇宇宇宇宇宙的之物物致 致致以说以以以马马宙宙宙宙宙宙论科后理理敬敬 敬后的后后后亲 亲》》》》》》和学，奖奖荣 荣荣，词，，，自自黑、、、、、、家物。。誉 誉誉他，他他他颁颁洞之理《《《《《《。 。。完组完完完奖奖，一学大大大大大大全成全全全。。是，中设设设设设设不相不不不英还揭计计计计计计能应能能能国被露》》》》》》说的说说说剑称宇。。。。。。话句话话话桥为宙。子。。。大奥“，宇学秘经宙著的过之名最语王物伟音”。理大合学著成家作器，。发被出誉声为音继来爱。因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最
霍金与黑洞之谜课件
04
黑洞与宇宙的命运
黑洞与宇宙的演化
黑洞的形成
黑洞是大质量恒星坍缩后形成的 极端天体，具有强大的引力，使 得周围物质无法逃脱。
宇宙演化与黑洞
黑洞在宇宙演化中扮演重要角色 ，通过吞噬物质和能量，影响宇 宙的物质分布和演化进程。
黑洞与宇宙的终结
宇宙膨胀与黑洞
随着宇宙的膨胀，黑洞的数量和规模 可能会发生变化，对宇宙的最终命运 产生影响。
霍金对黑洞信息悖论的解答
总结词
霍金对黑洞信息悖论的解答提出了黑洞内部结构的新观点，引发了关于量子引 力理论的深入探讨。
详细描述
霍金认为黑洞在吞噬物质后，其中的信息并未完全消失，而是以某种方式被存 储在黑洞的边界上，即“事件视界”。这一观点挑战了经典的黑洞吞噬一切物 质的观念，引发了关于量子引力理论的深入探讨。
霍金对宇宙学的贡献
对宇宙微波背景辐射的研究
宇宙微波背景辐射是宇宙学研究的重要观测数据，霍金通 过对这一领域的研究，深入探讨了宇宙的起源和演化过程 。
霍金提出了一系列理论模型，解释了宇宙微波背景辐射的 形成机制和特征，为后续的宇宙学研究提供了重要的理论 支持。
对宇宙大爆炸理论的发展
宇宙大爆炸理论是描述宇宙起源和演 化的重要理论框架，霍金在这一领域 做出了杰出的贡献。
霍金对量子引力理论的贡献
总结词
霍金对量子引力理论的贡献在于他提出的无边界条件和宇宙波函数，为量子引力理论的发展做出了重 要贡献。
详细描述
霍金认为宇宙是一个自洽的数学结构，无边界条件和宇宙波函数是描述宇宙的基本工具。这一观点为 量子引力理论的发展提供了新的思路和方法，对于理解宇宙的本质和演化具有重要意义。
பைடு நூலகம்
03
00课件·14
LINKS Figures and tables Supplementary info
SEE ALSO
12 year orbit
100 million solar mass black hole
银河系中心Sgr A*的超大质量黑洞
Right Ascension difference from 17h 45m 40.045s
+0.5" +0.4" +0.3" +0.2" +0.1" 0.0" -0.1" -0.2 +0.5
由S2的轨道可得中心天体质量 4.1x106Mo. S2近心点距离17光时,说明该天 体直径小于17光时.实际上S14 近心点距离6.25光时，仅相当于 天王星轨道.
如此大的质量集中于如此小的空 间内，只有黑洞才符合。实际上, 这个黑洞的视界半径为41光秒， 符合要求。
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C
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黑洞
(Black Hole)
John Archibald Wheeler (1911-2008)
黑洞探险
被黑洞潮汐力撕碎 被高能粒子烧成灰烬 安然无恙的生活 能逃出来吗 外部观察者会看到什么 时间膨胀 引力红移
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-
10
模拟黑洞相遇
• 美国和意大利的科学卫星探测到极强大的一次 伽玛射线爆发有可能是两个黑洞相遇后的结果。 这次爆发在数十秒钟之内释放出的能量可能相 当于一万个太阳在50亿年里释放能量的总和。 这次爆发据认为是发生在距地球几十亿光年的 宇宙深处，其亮度比以前发现的最强爆发还要 高10倍。这次爆发产生的能量极其庞大，用现 有理论无法解释，科学家推测，这次爆发用两 个黑洞相遇解释比较合理。
-
13
黑洞与时间隧道
• 黑洞研究引起人们兴趣的一个重要原因是， 时间和空间在黑洞中消失，这意味着通过黑 洞有可能将我们现在的时间和空间连接另外 一个时间和空间，时间旅行有可能实现。如 果按照包括霍金等人的假说我们的宇宙不是 时空4维，而是11维的话，那么黑洞有可能是 通往其他7维的通道。
-
14
两位科学家的“赌约”
• 如果两个黑洞相遇会出现什么情景呢？科学 家最近借助功能强大的超级计算机，首次模 拟出了大小不一的两个黑洞剧烈碰撞的过程。 他们发现，两个黑洞碰撞后形成新黑洞，会 释放出极大的能量。质量分别为太阳15倍和 10倍的两个黑洞相撞时，释放出的能量将比 太阳过去50亿年来产生的能量总和还要多出 数千倍。
• 霍金认为黑洞是存在的， 但很难被找到。另一位 科学家W则认为可以找 到。于是，二人打赌： “赢者为输者订一年杂 志”。
-
15
人一旦遭遇黑洞
• 专家称：如果有人“途经” 黑洞，若是一个大黑洞，你 的头和脚只感到轻微的吸引 力，便被吸了进去，进去以 后，你尽量朝着“奇点”的 方向前进，也许不会有危险；
• 黑洞这一概念刚提出来 时曾被人们称作痴人说 梦，但科学家的研究日 益证明这种天体的确存 在。
-
7
如何找到黑洞？
• 可以依据其特性来找 到黑洞。研究发现， 黑洞在吸收周围气体， 放射出X射线的过程中， 有着相同的波动规律。 这一发现可帮助天文 学家对黑洞的X射线 “曲调”进行分析并 推算黑洞的质量等特 性。
-
3
霍
金
• 霍金的奇特还在于，他
的 奇
的科学贡献是在全身瘫 痪几十年的情况下完成 的，他长期被一种被称
特
为肌萎缩性脊髓侧索硬
化症的病所折磨，连说
话的肌肉也已经萎缩麻
痹，完全丧失了语言功
能，只能依靠尚能活动
的三个手指，利用安装
在轮椅上的语音合成器
与人交流。
-
4
乐观的霍金
• “我认为我的残疾对我 的科学研究没有多大影 响。”尽管被禁锢轮椅 ３０年，霍金却依然达 观开朗。“我享受生活， 从音乐和我的家庭中得 到巨大的快乐。”
• 在1985年和2002霍金二 次访问中国，并分别在 中国科技大学、北京师 范大学作了演讲。
-
5
霍金的目标
• 他的目标是解决从牛顿以来一直 困扰人类的“第一推力”问题。 他认为宇宙的演化完全取决于物 理定律。
-
6
黑洞
• 如果一个天体质量足够 大、体积足够小，那么 它的引力大得就会连光 都逃不出去，这种天体 就是黑洞。
-
11
黑洞何其多？
• 原先人们认为黑洞不
多，但科学家发现在
宇宙尺度上，黑洞几
乎“无所不在”。仅
在我们生活的银河系
就有不少。日本科学
家发现银河系中心存
在24个黑洞，其质量
分别相当于太阳的 3200倍到125万倍不
等。• 大的黑洞就是超巨黑洞，它一般存在于 星系的中心，质量达到太阳的数百万甚 至数十亿倍。小的黑洞质量与太阳基本 处于一个数量级，据认为主要由质量相 当太阳10倍左右的恒星发生超新星爆炸 后形成。
-
8
黑洞也会“因噎废食”
• 剑桥大学天文科学家发现，黑洞也会 “因噎废食” 。这意味着，引力强大无 比的黑洞，可能并非拥有所假设的吞噬 一切的“胃口”。科学家通过模拟结果 发现，物质环在落入黑洞过程中，先被 黑洞吞下的部分还会不断被吐出，最终 使得只有很小一部分物质环真正进入黑 洞。
-
9
两个黑洞碰撞后会怎样？
• 你若不幸遇到了一个小黑洞， 你会被吸入，并立刻被撕得 粉碎。
-
16
• 这位继爱因斯坦之后最受大众 注目的科学巨人，尽管躺在轮 椅上，全身瘫痪无法活动，但 思维却比任何人活跃。无时不 刻感受着宇宙的奥秘，无时不 刻向世人传播着激动人心的物 理学，这就是斯蒂芬·霍金。
• 他的科普著作《时间简史》在 世界上的发行量已超过１千万 册，成为世界上最畅销的科普 读物。许多人正是通过《时间 简史》认识霍金的。
-
1
斯蒂芬·霍金
• 霍 金 （１９４２— ），英国 理论物理学家，世界公认的引 力物理科学巨人。科学界经常 把霍金与牛顿、爱因斯坦相提 并论。霍金在剑桥大学任牛顿 曾担任过的卢卡逊数学讲座教 授之职，他对量子宇宙论的发 展作出了杰出的贡献。１９７ ４年，当选为英国皇家学会最 年轻的会员。
-
2
霍金的《时间简史》