黑洞白洞和虫洞优质PPT课件
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可以允许“粒子”从黑洞中逃逸出来。
• 量子力学表明，整个空间充满了“虚的”粒子
反粒子对，它们不断地成对产生、分开，然后 又聚到一块并互相湮灭。
• 在黑洞存在的情形下，虚粒子对中的一个成员
可以落到黑洞里去，留下来的另一个成员就失 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。
盖了一切事物开始
的关键。
目前最大最古老的黑洞
2004.6月，美国斯坦福大学
2）黑洞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和 星体（并非为一个“洞”）。黑洞是由质量足 够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后， 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。
• 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 度大相当多倍。
非常靠近地球 的中子
• 形成过程：
• 恒星在核心的氢于核聚变反应中耗
尽，完全转变成铁时便无法从核聚 变中获得能量。失去热辐射压力支 撑的外围物质受重力牵引会急速向 核心坠落，有可能导致外壳的动能 转化为热能向外爆发产生超新星爆 炸，或者根据局恒星质量的不同， 整个恒星被压缩成白矮星、中子星 以至黑洞。
• 白矮星的内部不再有物质进行核融合反应，因此
恒星不再有能量产生，也不再由核融合的热来抵 抗重力崩溃；它是由极端高密度的物质产生的电 子简并压力来支撑。
• 物理学上，对一颗没有自转的白矮星，电子简并
压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就 是钱德拉塞卡极限。
• 如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量，那么原子核之间的
3. 黑洞的寻找
• 白矮星：也称简并矮星，
是一种由电子之间不相容原
理排斥力所支持的稳定恒星，
由电子简并物质构成的小恒
星。
最早发现的白矮星： 天狼星伴星
特征：低光度、高密度、高温度的晚期恒星，被
认为是低质量恒星演化阶段的最终产物。
白矮星：恒星濒临死亡时生命形态
• 形成过程：在红巨星阶段
的末期，恒星的中心会因
电荷斥力不足以对抗重力，电子会被压入原子核而形成中 子星。
• 白矮星致密的球体拥有几乎像太阳一样的质量，
但是体积只有地球那么大。
• 由于白矮星体内已经没有什么燃料可以燃烧，因
此它们通常只通过发射本身储藏的热量，发出非 常微弱的光。
• 白矮星被认为是一颗恒星的生命终点，我们银河
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。
围绕这个点有一个直径只有几千米被称为视界的 区域，这里引力强得使任何东西、甚至于连光都 不能逃逸出去，这就是黑洞。
3）在宇宙大爆炸的早期，宇宙的压力和能量是如此 之大，足以使一些物质小团块压缩成为不同尺度和 质量的太初黑洞。
• 黑洞的分类：根据质量、角动量和电荷
1）史瓦西黑洞：最简化的无电荷、无转动的球对称 黑洞；
银河系中心和类星体中心的超级大黑洞。
2. 黑洞的碰撞和黑洞的蒸发
2.1 黑洞的碰撞：
• 早期宇宙物质的分布相对集中，彼此之间相隔的距离不远，
在各处飘荡着的黑洞很有可能相互遭遇，导致两个具有强 大引力场的天体发生剧烈的碰撞，然后合而为一。
• 在一些星系内部，星系中心的强引力会使邻近的恒星及星
际物质更加趋向中心，当聚集在一起的质量大到一定程度 的时候，就会坍缩成黑洞。
2）雷斯勒—诺斯特诺姆黑洞：有电荷、无转动的球 对称黑
3）克尔黑洞：无电荷但有转动的黑洞
4）克尔—纽曼黑洞：又带电荷又有转动的黑洞。
• 众所周知，黑洞是看不见的，因此科学家们只
能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力 作用来判定它的存在。
• 一般来讲，天文学家们将黑洞分为两类：星状
黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相 当于几个太阳的恒星坍缩形成，而超大质量星 状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。
• 星系中心区域的一些大质量恒星死亡后坍缩成小黑洞，它
们有许多机会相互碰撞而形成更大的黑洞。
2.2 黑洞的蒸发：
• 一般认为，黑洞一旦形成就不会转化为别的什
么东西。黑洞的质量只会因吸进外界的物质而 增加，绝不会因逃脱物质而减少。也就是说， 按照经典物理学，黑洞是不能向外发出辐射的。
• 1974年霍金提出黑洞蒸发理论：按照量子力学，
黑洞白洞和 虫洞
主要内容
• 黑洞的形成与寻找 • 虫洞 • 白洞 • 黑洞、虫洞和白洞之间的关系
一、黑洞
• 黑洞的成因与分类； • 黑洞的碰撞和黑洞的蒸发 • 黑洞的寻找
1. 黑洞的成因与分类
• 概述：1）黑洞是我
们宇宙中最奇怪、
最神秘的物体。天
文学家相信在宇宙
中有无数的黑洞，
并且认为黑洞是涵
• 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 的质量就减小得更快。当黑洞的质量变得极 小的时候，它将在一个巨大的、相当于千百 万颗氢弹爆炸的发射中结束自己的历史。
黑洞的质量没有上限， 甚至是太阳的数亿倍
质量仅为太阳的3.8倍
XTE J1650-500 直径仅25公里
美天文学家发现最小黑洞 2001.4.28
• 成因：1）一个大质量的恒
星在其生命最后阶段会因自 身的引力而坍缩。它自身的 引力是如此之强，使它的核 坍塌直至成为一个没有大小、 密度极大的数学上的点。
Hale Waihona Puke Baidu
为温度、压力不足或者核 融合达到铁阶段而停止产
生能量，恒星外壳的重力
会压缩恒星产生一个高密
度的天体。
白矮星
•大部分恒星演化过程都包含白矮星阶段。由于很多恒星
会通过新星或者超新星爆发将外壳抛出，一些质量略大
的恒星也可能最终演化成白矮星。
年轻白矮星 一对投石器
固定轴环绕 白矮星吃彗星
正在形成的白矮星
• 量子力学表明，整个空间充满了“虚的”粒子
反粒子对，它们不断地成对产生、分开，然后 又聚到一块并互相湮灭。
• 在黑洞存在的情形下，虚粒子对中的一个成员
可以落到黑洞里去，留下来的另一个成员就失 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。
盖了一切事物开始
的关键。
目前最大最古老的黑洞
2004.6月，美国斯坦福大学
2）黑洞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和 星体（并非为一个“洞”）。黑洞是由质量足 够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后， 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。
• 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 度大相当多倍。
非常靠近地球 的中子
• 形成过程：
• 恒星在核心的氢于核聚变反应中耗
尽，完全转变成铁时便无法从核聚 变中获得能量。失去热辐射压力支 撑的外围物质受重力牵引会急速向 核心坠落，有可能导致外壳的动能 转化为热能向外爆发产生超新星爆 炸，或者根据局恒星质量的不同， 整个恒星被压缩成白矮星、中子星 以至黑洞。
• 白矮星的内部不再有物质进行核融合反应，因此
恒星不再有能量产生，也不再由核融合的热来抵 抗重力崩溃；它是由极端高密度的物质产生的电 子简并压力来支撑。
• 物理学上，对一颗没有自转的白矮星，电子简并
压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就 是钱德拉塞卡极限。
• 如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量，那么原子核之间的
3. 黑洞的寻找
• 白矮星：也称简并矮星，
是一种由电子之间不相容原
理排斥力所支持的稳定恒星，
由电子简并物质构成的小恒
星。
最早发现的白矮星： 天狼星伴星
特征：低光度、高密度、高温度的晚期恒星，被
认为是低质量恒星演化阶段的最终产物。
白矮星：恒星濒临死亡时生命形态
• 形成过程：在红巨星阶段
的末期，恒星的中心会因
电荷斥力不足以对抗重力，电子会被压入原子核而形成中 子星。
• 白矮星致密的球体拥有几乎像太阳一样的质量，
但是体积只有地球那么大。
• 由于白矮星体内已经没有什么燃料可以燃烧，因
此它们通常只通过发射本身储藏的热量，发出非 常微弱的光。
• 白矮星被认为是一颗恒星的生命终点，我们银河
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。
围绕这个点有一个直径只有几千米被称为视界的 区域，这里引力强得使任何东西、甚至于连光都 不能逃逸出去，这就是黑洞。
3）在宇宙大爆炸的早期，宇宙的压力和能量是如此 之大，足以使一些物质小团块压缩成为不同尺度和 质量的太初黑洞。
• 黑洞的分类：根据质量、角动量和电荷
1）史瓦西黑洞：最简化的无电荷、无转动的球对称 黑洞；
银河系中心和类星体中心的超级大黑洞。
2. 黑洞的碰撞和黑洞的蒸发
2.1 黑洞的碰撞：
• 早期宇宙物质的分布相对集中，彼此之间相隔的距离不远，
在各处飘荡着的黑洞很有可能相互遭遇，导致两个具有强 大引力场的天体发生剧烈的碰撞，然后合而为一。
• 在一些星系内部，星系中心的强引力会使邻近的恒星及星
际物质更加趋向中心，当聚集在一起的质量大到一定程度 的时候，就会坍缩成黑洞。
2）雷斯勒—诺斯特诺姆黑洞：有电荷、无转动的球 对称黑
3）克尔黑洞：无电荷但有转动的黑洞
4）克尔—纽曼黑洞：又带电荷又有转动的黑洞。
• 众所周知，黑洞是看不见的，因此科学家们只
能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力 作用来判定它的存在。
• 一般来讲，天文学家们将黑洞分为两类：星状
黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相 当于几个太阳的恒星坍缩形成，而超大质量星 状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。
• 星系中心区域的一些大质量恒星死亡后坍缩成小黑洞，它
们有许多机会相互碰撞而形成更大的黑洞。
2.2 黑洞的蒸发：
• 一般认为，黑洞一旦形成就不会转化为别的什
么东西。黑洞的质量只会因吸进外界的物质而 增加，绝不会因逃脱物质而减少。也就是说， 按照经典物理学，黑洞是不能向外发出辐射的。
• 1974年霍金提出黑洞蒸发理论：按照量子力学，
黑洞白洞和 虫洞
主要内容
• 黑洞的形成与寻找 • 虫洞 • 白洞 • 黑洞、虫洞和白洞之间的关系
一、黑洞
• 黑洞的成因与分类； • 黑洞的碰撞和黑洞的蒸发 • 黑洞的寻找
1. 黑洞的成因与分类
• 概述：1）黑洞是我
们宇宙中最奇怪、
最神秘的物体。天
文学家相信在宇宙
中有无数的黑洞，
并且认为黑洞是涵
• 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 的质量就减小得更快。当黑洞的质量变得极 小的时候，它将在一个巨大的、相当于千百 万颗氢弹爆炸的发射中结束自己的历史。
黑洞的质量没有上限， 甚至是太阳的数亿倍
质量仅为太阳的3.8倍
XTE J1650-500 直径仅25公里
美天文学家发现最小黑洞 2001.4.28
• 成因：1）一个大质量的恒
星在其生命最后阶段会因自 身的引力而坍缩。它自身的 引力是如此之强，使它的核 坍塌直至成为一个没有大小、 密度极大的数学上的点。
Hale Waihona Puke Baidu
为温度、压力不足或者核 融合达到铁阶段而停止产
生能量，恒星外壳的重力
会压缩恒星产生一个高密
度的天体。
白矮星
•大部分恒星演化过程都包含白矮星阶段。由于很多恒星
会通过新星或者超新星爆发将外壳抛出，一些质量略大
的恒星也可能最终演化成白矮星。
年轻白矮星 一对投石器
固定轴环绕 白矮星吃彗星
正在形成的白矮星