广义相对论下黑洞的概念
黑洞知识
几十年以前，科学家们根据爱因斯坦广义相对论的理论形容，预言了一种叫做“黑洞”的天体。
黑洞是一种非常奇怪的天体。
它的体积很小，而密度却极大，每立方厘米就有几百亿吨甚至更高。
假如从黑洞上取来小粒米那样大小一块物质，就得用几万艘万吨轮船一齐拖才能拖得动它。
如果使太阳变成一个黑洞，那么它的半径就将收缩至不到3000米。
因为黑洞的密度大，引力极其强大，黑洞内部所有的物质，包括速度最快的光都逃脱不掉它巨大的引力。
不仅如此，它还能把周围的光和其他物质吸引过来。
黑洞就像一个无底洞，任何东西到了它那儿，就不用想再“爬”出来了。
给它命名为“黑洞”是再形象不过了。
黑洞的形成一个光亮的恒星为什麼会变成黑洞答案是恒星衰老了.恒星的成份多为氢气,也就是让兴登堡号这样的飞船飘浮不坠的轻质物质.氢就是让恒星发光的燃料.每个恒星的内部都在进行核融合反应,有点像连续引爆氢弹那样,将氢气转化为能量:光与热.恒星在「燃烧」氢气时,必得面对一场拉锯战:一方面恒星内部的热压力会促使恒星扩张,就像把气球吹大那样:另一方面,恒星本身重力的拉扯力又促使恒星缩回来.因此恒星在发热时,这场拉锯战是陷於胶著状态的,恒星的大小也不会起变化.但一旦核反应停止,恒星就得对重力让步,因而整个崩溃下来,就像气球泄了气一样.不过恒星年纪一大就开始变冷.由於没有了热能,这个老迈的庞然大物无法产生足够的内部压力以抵抗重力的收缩,因此开始崩溃并缩小.但恒星虽然在缩小,却没有损失任何物质;氢仍旧在,只是被极力压缩而已.这意味著恒星所有的质量都向中心趋进许多,也就是将重力集中於一个小地方.小型的恒星会缩小成所谓的「白矮星」,与地球大小相当,但已停止核融合的恒星.较大的恒星则在一抹耀眼的华光,所谓的「超新星」爆炸中自我毁灭殆尽,原来的质量几乎被轰得一点不剩.但如果恒星的剩余质量够大(约达我们的太阳质量的一点四倍)那麼这些仅存的物质可能会变成黑洞.以下图为例,这个恒星被压缩到直径只有一英哩.此时表面上的重力强得连它自己的光都无法逃脱.那个天体还在原地,再也看不到它了.任何接近它的物体都会被吸进去,然后消逝在「黑洞」中.General relativity predicts a particularly dense dark objects. Evolution of massive stars in their late collapse occurs, the dense material in particular, it has one called "event horizon" of the closed border, a black hole hidden in a huge gravitational field, due to the gravitational field so strong, including in particular photon (ie the composition of light particles, the speed c = 3.0 × 10 ^ 8m / s), including any material can only be entered could not escape. The formation of a black hole minimum mass star's core is about three times the solar mass, of course, this is the last star of nuclear quality, rather than main sequence stars in the period of quality. In addition to this stellar-class black hole, there are other sources of black holes - the so-called micro-black holes may be formed in the early universe, the so-called supermassive black holes may exist in the central galaxy. A black hole can be found through the concept of electronic equipment.The black hole within its borders to prevent any outsiders to see anything, which is the object known as the "black hole" of the reason. We were unable toobserve the reflection of light it can only be affected indirectly understand the objects around the black hole. Having said that, but the black hole still has its borders, namely "event horizon (horizon)." It is assumed that the evolution of stellar black hole of death matter, is in a special super-massive stars collapse generated. In addition, the quality of a black hole must be larger than the Chandrasekhar limit of stellar evolution to the end of the form, quality, smaller than the Chandrasekhar limit of the star is unable to form a black hole.翻译成汉语就是下面的意思----广义相对论预言的一种特别致密的暗天体。
天文学中的黑洞理论
天文学中的黑洞理论天文学中的黑洞理论，是人类对于宇宙中一种奇特之物的认知，也是人类对于自身知识和科技的极致追求。
黑洞被认为是宇宙中最独特的存在，其巨大的引力场、漏不可见的物质和时间的扭曲，为人类带来了无穷无尽的研究与探索。
黑洞的概念最早由爱因斯坦的广义相对论提出。
广义相对论是一种关于引力的物理学理论，其理论中心在于空间和时间的弯曲，以及质量和能量如何影响空间和时间。
广义相对论认为，当物体靠近其他物体时，它们之间的引力将变得非常强大，这种强引力在特定条件下会产生一种现象，即物质将形成一种类似于“漏斗”形状、体积极小而密度极大的区域，这就是黑洞。
黑洞的分类根据黑洞的质量以及形成方式等因素，黑洞可以被分为三类：原初黑洞、恒星黑洞和超大质量黑洞。
原初黑洞原初黑洞是宇宙初期形成的黑洞，它们的质量非常巨大，预计为太阳的几百至数千亿倍，形成于大爆炸之后不久的宇宙早期。
由于原初黑洞的形成条件极为苛刻，因此至今尚未发现。
恒星黑洞恒星黑洞是从一个原本是恒星的物体演化而来的黑洞，其质量通常为数个到几十倍太阳质量。
它们的形成系由于恒星的演化引起的，如果一个恒星质量超过了一定的极限值，它就会因为没有足够的核燃料而不能再维持平衡。
在失去平衡后，该星核会向内坍缩，生成若干层壳，此时恒星的质量集中在核心区域，密度很高，压力很大。
这样的核心区域同时也产生了非常高的温度和压力，引起了核聚合，释放出大量的能量，使得核心区域膨胀，以致于产生一个强大的反冲冲击波，此后整个星体坍缩和爆炸，形成一个新的天体——恒星黑洞。
超大质量黑洞超大质量黑洞是已知的最大的黑洞，它们的质量通常在数十万到数十亿太阳质量之间，这些黑洞存在于星系的中心，是星系中心的巨大引力源。
大多数超大质量黑洞形成于宇宙早期，随着时间的推移，其质量不断增加，最后演化成为这个宇宙的巨大天体。
黑洞的发现自从黑洞理论提出以来，人们一直在寻找证据支持这一理论，最终于1964年黑洞的存在得到了证实。
广义相对论下黑洞的概念
广义相对论下黑洞的概念米歇耳和拉普拉斯的工作提出不久，托马斯•杨(Young)发现了光的干涉与衍射现象•在以后的一百多年间，光的波动学说代替了光的粒子学说，米歇耳和拉普拉斯建立在光的粒子学说基础上得出的结论，逐渐被人们淡忘了•直到1916年从爱因斯坦(Einstein)的广义相对论中导出了与他们相同的结果，米歇耳和拉普拉斯的工作才再度引起人们的关注.1916年，在爱因斯坦广义相对论发表后不久，施瓦西(Schwarzschild)导出了爱因斯坦场方程的一个准确解，即施瓦西解.这个解给出了对静态球对称黑洞，即施瓦西黑洞的描述，这标志着用广义相对论研究黑洞的开始.【2】按照广义相对论，物质决定时空如何弯曲，而光和物质的运动将由弯曲时空的曲率决定，当曲率大到一定程度时，光线就无法跑出去了，广义相对论中黑洞的概念就是这样产生的.下面是钱德拉塞卡(Chandrasekhan S )给出的黑洞定义.定义1:黑洞将三维空间分为两个区域，一个是以称之为视界的二维光滑曲面为边界的内区域，一个是视界以外渐进平直的外区域，而且内区域的点不能与外区域的点交换讯息.定义2：一个星球，如果它的逃逸速度u e小于光速，即物体可以以小于光的速度从其表面逃逸，那么这个星球一定不是黑洞.K 1Ein stein在广义相对论中所建立的引力场方程为:才一，这个方程是高度非线性的，一般不能严格求解.只有在对时空度规附加一些对称性或其他要求下，使方程大大简化，才有可能求出一些严格解.在引力场球对称的假定下，可以得到方程的史瓦西解：显然，度规在TMG2和『=0处奇异(趋于无穷大).但是，L处的奇异是由于坐标系带来的，可以通过适当的坐标系变换来避免.1960年代，克鲁斯科(Kruskal)提出一个说法.他说爱因斯坦场方程的解之所以会无穷发散，是因为坐标系选择得不好.如果我们选择一个适当的坐标系，便可以消除这个奇点•他提出以下的坐标变换，把时空坐标（r,t）变换到一对没有物理意义的抽象的数学坐标（u,v），叫做克鲁斯科坐标：其中r s = 2 GM是施瓦兹查尔德半径逆变换为：将这一变换画成图像，就得到克鲁斯科变换的图克鲁斯科变换的几个特征：1）空间的原点r = 0 从一个几何点变成了一条最上面的抛物线.（其实是一个四维曲面• 别忘了极角和方位角坐标.）2）施瓦兹查尔德半径被变换到了u - v坐标系中的两条对角线•但是奇点并没有消失.3）整个时空宇宙占据了u-v坐标系中以对角线u= -v为界的右上方和以抛物线r = 0为界的下面所界定的区域•4）施瓦兹查尔德半径以内的区域变换到了两条对角线以上，原点抛物线以下的区域II.I.5）施瓦兹查尔德半径以外的空间变换到了两条对角线右面的区域从图表上我们看到，克鲁斯科变换并没有把施瓦兹查尔德半径变掉，而是变成了U - V坐标系中的两条对角线.U-V坐标系没有物理意义•真正有物理意义的是r - t坐标•时空坐标系中度规是否发散是可以观测到的物理现象. 一个无穷发散的物理现象不应该仅凭坐标系的选择而消除，这是常识，也是常理• 克鲁斯科认为一个坐标变换就可以改变物理现象，是对相对性原理的根本违反•r= 0处的奇点是本质的.在奇点上，时空曲率和物质密度都趋于无穷大，时空流形达到尽头.不仅在宇宙模型中起始的奇点是这样，在星体中引力坍缩终止的奇点也是这样•在奇点处，“一切科学预见都失去了效果”，没有时间，也没有空间• 无穷大的出现显然是广义相对论的重大缺陷.2 0世纪初，Einstein 认为“黑洞”的成因是引力造成了空间弯曲，故光子无法逃到这种至密天体的引力场外.后来，施瓦西(Karl Schwarzschild , 1 8 7 3〜19 16 )为Einstein的“相对论”黑洞确立了一个“视界”，光子只能被禁闭在“视界” 之内，“视界”之外的空间仍然是平直的欧几里德空间，光子仍然遵守地球空间中的一切物理定律• 广义相对论预言，当大质量的恒星达到极高密度时，就在空间形成了一只很深的“引力陷阱” ，最终把空间弯曲到这样一个程度，以致附近的任何物体，包括光线在内被其吞灭，就好像一个无底洞，这样的天体称为黑洞• 在黑洞的中心是一个奇点，那里所有的物质都被无限压缩，时空被无限弯曲• 按照广义相对论，黑洞并不是通常意义上的物质实体，而是一个区域，一个极度弯曲了的空间•一旦物质落入这一弯曲了的空间，它就立刻消失得无影无踪，不管黑洞吞掉了多少物质，它本身依旧是弯曲的空间• 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• 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•黑洞是引力汇点• 史瓦西的这个解奠定了整个黑洞物理学的基础，此后在60年代克尔等人又找到另一个轴对称解，被称作克尔度规，在此基础之上又有克尔黑洞•自2 0世纪7 0年代以来，英国的霍金( Stephen Hawk in g ,1 9 4 2〜)相继提出了“微型黑洞”、“量子黑洞”的概念，认为“微型黑洞”可以在宇宙间四处游荡，甚至经常光顾太阳系，并曾对太阳与行星的引力场产生过影响•“量子黑洞” 是一种“灰色天体”它里面的某种“虚粒子”可以从黑洞中“蒸发”出来，故“黑洞不黑”，仍然可以与“视界” 外的空间交换能量•严格说来，“黑洞”理论本身就是另外一种“引力佯谬”或“引力悖论”，它是按牛顿“万有引力”理论推导出来的一种“极限天体”，现实宇宙无法满足这种“极限天体”所要求的物理条件，故它不可能得到任何观测与实验的检验•当我们在实验室里把某种物质的密度加大到一定程度时，这种物质必然因理化环境的改变而抗拒密度的增加，或始终维持在固态的最小密度状态，根本不可能实现黑洞所要求的密度条件•就天文观测的角度讲，如果某种天体的体积与质量达到了一定极限，其内部热能必然导致它熔解、气化、等离子化，通过向外“蒸发”来减少自己的质量，从而使自身的物质密度维持在一个有限范围之内•比如银心的直径已达1光年多，它就不得不以蒸发、辐射的方式向外界排泄质量，以减少自己的质量或扩大自身的体积，来维持一个合理的平均密度•黑洞的辐射很像另一种有相同颜色的东西，就是黑体•黑体是一种理想的辐射源，处在有一定温度表征的完全热平衡状态•它发出所有波长的辐射，辐射谱只依赖于它的温度而与其它的性质无关•【1】现今的主流科学家们对黑洞的霍金辐射的权威解释包括霍金在内都用“真空中的能量涨落而能生成基本粒子”的概念•他们认为：“由于能量涨落而躁动的真空就成了所谓的狄拉克海，其中偏布着自发出现而又很快湮灭的正-反粒子对•，，量子真空会被微型黑洞周围的强引力场所极化•在狄拉克海里，虚粒子对不断地产生和消失，一个粒子和它的反粒子会分离一段很短的时间，于是就有4种可能性：【1】•两个伙伴重新相遇并相互湮灭•反粒子被黑洞捕获而正粒子在外部世界显形•正粒子捕获而反粒子逃出•双双落入黑洞•霍金计算了这些过程发生的几率，发现过程《2》最常见•于是，能量的账就是这样算的：由于有倾向性地捕获反粒子，黑洞自发地损失能量，也就是损失质量•在外部观察者看来，黑洞在蒸发，即发出粒子气流• ”【1】霍金对黑洞发射霍金辐射的解释是：真空里的虚粒子对中的反粒子易被黑洞俘获，而后与黑洞中的一个正粒子湮灭，使黑洞内损失一个正粒子，导致黑洞损失能量而缩小•并使黑洞外面的真空中多出一个正粒子谈到黑洞，离不开史瓦西半径(Schwarzchild raduis). 史瓦西半径的是说，在史瓦西半径之內的物体，即使加速到接近光速，也沒有办法逃离黑洞•而在史瓦西半径之外的物体，可以逃离黑洞的重力场•史瓦西半径(Schwarzchild radius )的公式如下(文献1) : Rs = 2*G*M/C A2上式中：Rs为史瓦西半径，单位为m G为万有引力常数，毕姆斯(Beams J.W.)等人得到的值为6.674*10A-11 mA3sA-2kgA-1 (文献2 ); M为黑洞的质量，单位为kg ; C为光速，其值为299 792 458 m / s ;这个公式是史瓦西将静态球对称引力场代入广义相对论场方程得到的史瓦西解( Schwarzchild Solution ).史瓦西解告诉我们，广义相对论预言一种物体，那就是黑洞•只要接近黑洞到一个限度，你就会发现时空被一個球面(半径为史瓦西半径)分割成两个性质不同的区域，这个球面称为“事界”(Event horizon).史瓦西半径的公式是说：一个物体囚禁光的半径与该物体的质量成正比.已知太阳和地球的质量，我们不难求出太阳的史瓦西半径是3km,也就是說，质量跟太阳一样的黑洞，如果光接近到3km以內，就逃不出来了.而地球的史瓦西半径为0.9cm.广义相对论的引力场在理论上存在着奇性，这种奇性具有十分奇特的性质，沿着短程线运动的粒子或光线会在奇性处“无中生有”或不知去向.按照广义相对论，演化到晚期的星体只要还有两三个太阳的质量，就会迟早变为黑洞，包括光线在内的任何物体都会被黑洞的强大引力吸到里面而消失得无影无踪.不仅如此，黑洞还要不断坍缩到时空奇性.时间停止了，空间成为一个点，一切物理定律，包括因果律都失去意义，一切物质状态都被撕得粉碎.此外，经典理论中的一个黑洞永远不能分裂为两个黑洞，只能是两个或两个以上的黑洞合为一个黑洞，其结果很可能是整个宇宙变为一个大黑洞，并且早晚要坍缩到奇性.寻找黑洞的观测工作也在稳步进展.1970年底，美国和意大利联合发射了载有X射线探测装置的卫星，这颗卫星工作到1974年，共探测到161个射线源，经筛选确认，天鹅座X-1最有希望是一个黑洞.另外，圆规座X-1与天鹅座X-1数据非常相似，也很有希望被证认为黑洞.现在关于黑洞的理论的研究正在进展，观察结果还有待进一步证实.无论如何，广义相对论竟然要求这类难以接受的奇性，无疑是一个难题.或者广义相对论本身要修改，或者物理学的其他基本概念和原理要有重大变更.不管黑洞如何定义，无论是用牛顿力学的方法定义，还是按照广义相对论的方法定义，定义2均能成立，因为，所谓黑洞是这样一种星球，任何物质都不能逃离出去，如果物质可以以小于光的速度逃到无穷远处，那么，这个星球显然不是黑洞.由此我们不难看出，黑洞概念与星球的逃逸速度密切相关在爱因斯坦提出广义相对论后，史瓦西首先得到了描述时空的方程，也就是著名的史瓦西方程.这个方程描述了一种被称为标准的恒星模型周围的空间.史瓦西方程主要描述恒星外的时空和恒星内的时空.惠勒根据这个方程首先提出了黑洞存在的可能性，同时也拉开了对致密星体尤其是黑洞研究的序幕参考文献： 【1】 Einstein ' s 致密星体史瓦西解平直的时空\约翰一皮尔卢考涅：“黑出版社 ，2000.Kip, S. Thorne, Black Holes and Time Warps: Outrageous Legacy, W. W. Norto n, New York. 1994. 暂曲的吋空黒洞史瓦西解。
谁提出关于黑洞理论的概念
谁提出关于黑洞理论的概念黑洞理论的概念最早可以追溯到18世纪末，由英国天文学家约翰·密查尔（John Michell）和皮埃尔- 西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）提出。
他们通过理论推测，如果一个物体的质量足够大，密度足够高，那么它会对周围的光和物质产生极大的引力，甚至连光也无法逃脱。
这个物体被称为“黑星”，可以看作是对现代黑洞理论的初步构想。
然而，直到20世纪，黑洞理论才真正开始被认真研究和论证。
在广义相对论的基础上，黑洞理论得到了更深入的发展与解释。
广义相对论由阿尔伯特·爱因斯坦于1915年提出，它提供了解释引力的独特视角。
根据广义相对论的理论推导，质量足够大、密度足够高的物体会对周围的时空产生弯曲，形成一个引力漩涡。
如果物体的质量超过了某个临界值，它的引力将无法抗拒，最终会形成一个无法逃逸的“事件视界”，也就是黑洞的边界。
在20世纪初期，德国天文学家卡尔·施瓦西尔德（Karl Schwarzschild）第一次解出了描述黑洞的方程式，并根据这个方程推导出了一种现今被称为“施瓦西尔德半径”的概念。
施瓦西尔德半径表示了一个物体或天体变成黑洞所需要的半径。
这一发现标志着对黑洞理论的现代研究的开端。
在接下来的几十年里，许多科学家都为黑洞理论作出了重要的贡献。
其中最著名的是斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和基普·索恩（Kip Thorne）。
霍金提出了黑洞不仅吞噬物质，还蒸发的概念，这被称为“霍金辐射”。
这表明黑洞并不是绝对不可逃逸的，它会通过量子效应慢慢失去质量和能量，最终消失。
而索恩和他的团队则提出了黑洞会产生引力波的概念，并于2015年成功地探测到来自两个黑洞合并引发的引力波，这对于证实黑洞理论的正确性具有重要意义。
当前，黑洞理论已经成为现代天体物理学的重要组成部分，它不仅在理论研究上发挥重要作用，也被广泛应用于解释天体现象、研究宇宙结构和演化等方面。
十万个为什么的科普知识-什么是黑洞
⼗万个为什么的科普知识-什么是⿊洞 ⿊洞，在天⽂学中，是⼀个出现较晚的概念，由于它的神秘性，令天⽂学家惊叹不已。
⿊洞是⼤部分只能够在想象中看到的现象，那么什么是⿊洞?⼩编为⼤家准备了相关的资料，接下来就让⼩编带⼤家⼀睹为快! 什么是⿊洞 ⼏⼗年以前，科学家们根据爱因斯坦⼴义相对论的理论形容，预⾔了⼀种叫做“⿊洞 ”的天体。
⿊洞是⼀种⾮常奇怪的天体。
它的体积很⼩，⽽密度却极⼤，每⽴⽅厘⽶就有⼏百亿吨甚⾄更⾼。
假如从⿊洞上取来⼩粒⽶那样⼤⼩⼀块物质，就得⽤⼏万艘万吨轮船⼀齐拖才能拖得动它。
如果使太阳变成⼀个⿊洞，那么它的半径就将收缩⾄不到3000⽶。
因为⿊洞的密度⼤，引⼒极其强⼤，⿊洞内部所有的物质，包括速度最快的光都逃脱不掉它巨⼤的引⼒。
不仅如此，它还能把周围的光和其他物质吸引过来。
⿊洞就像⼀个⽆底洞，任何东西到了它那⼉，就不⽤想再“爬”出来了。
给它命名为“⿊洞”是再形象不过了 宇宙三怪：⿊洞?⽩洞?空洞 ⿊洞。
最初指出⿊洞存在，并假设为⼀个质量很⼤的神秘天体，是在1798年，当时法国的拉普拉斯利⽤⽜顿万有引⼒和光的微粒学说提出这⼀见解。
1915年，德国的科学家史⽡西根据爱因斯坦⼴义相对论原理，“证实”了⿊洞的存在。
其后，⼜经过美国的原⼦弹之⽗奥本海默等⼈的创造性研究，终于在1939年⾸次提出⽐较明确的⿊洞理论。
到了70年代，世界著名的物理学家霍⾦，把量⼦⼒学与⼴义相对论结合起来，进⾏⿊洞表⾯量⼦效应的研究，使⿊洞理论研究向前推进了⼀步。
什么是⿊洞呢?简单地说，它是⼀种特殊的天体，具有极其强⼤的引⼒场，以致任何东西，甚⾄连光都不能从中逃逸，成为宇宙中⼀个吞⾷物质和能量的“陷阱”。
⿊洞的成因假说，⽬前较有影响的主要有以下三种： 坍缩说。
⼀个内部核燃料全部耗尽的晚年的恒星，当它向外的光热辐射再也抵挡不住⾃⾝的引⼒时，星体便开始向内坍缩。
当星体坍缩时的质量⼩于太阳的1.3倍，它就演化成⽩矮星;当其质量⼤于1.3倍⽽⼩于3倍太阳质量时，它就成为中⼦星;只有当其质量⼤于太阳的3～50倍时，它即坍缩为⼀个“常规⿊洞”。
黑洞与白洞相遇会如何
黑洞与白洞相遇会如何黑洞，宇宙中最恐怖的天体。
它的引力极强，使得它在视界中的逃逸速度快于光速，让它可以吞噬周围的一切。
早在上世纪初，黑洞就有了明确的概念。
这是一个时空曲率太大的天体，光无法从它的视界逃脱。
在现代广义相对论中，黑洞是一种密度极高、主动小尺寸的天体，是由一颗足够质量的恒星在核聚变反应的燃料耗尽并消亡后，发生引力坍缩而产生的。
2019年4月10日，黑洞的存在被证明。
人类第一次拍到了黑洞的照片，这意味着黑洞确实存在，也证明了爱因斯坦相对论的正确性。
既然黑洞存在，那么有没有一个和它相对的天体存在呢？其实，存在着一个理论中的天体——白洞。
1960年以来, 由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用，人们陆陆续续发现了许多高能天体物理现象，例如宇宙x射线爆发、超新星爆发、星系核的活动和爆发以及类星体、脉冲星等等。
而这些高能天体物理现象我们无法用已知的物理学规律去解释。
例如，类星体的表观大小与普通恒星相同，但其亮度却是普通星系的数万倍。
类星体这种体积极小、亮度极大的独特天体，人们从未见过，也无法解释，这让许多科学家认为类星体很可能是一种与人类已知的任何天体都完全不同的奇特天体。
后来为了解释类星体现象，科学家们提出了白洞存在的可能性，而“白洞”的概念也就这样横空出世了。
那么白洞是一个怎样的存在呢？白洞是宇宙中的喷流源，可以向外区提供物质和能量，但不能吸收外区的任何物质和辐射。
所以白洞是一种特殊的宇宙天体，只发射不吸收，和黑洞正好相反。
根据白洞理论，白洞类似于黑洞，具有封闭的边界。
聚集在白洞内的物质只能通过边界向外运动，而不能反方向运动，所以这个天体外的物质无法进入。
关于白洞的形成有两种观点:一种是BIGBANG之后的产物。
根据这种观点，当宇宙开始大爆炸时，由于爆炸的不完全性和不均匀性，可能会留下一些超高密度的物质，但它们必须等待一定的时间才能开始膨胀和爆炸。
这些遗留下来的致密物质会成为新的局部膨胀的核心，也就是白洞。
奇点理论：黑洞的起源
奇点理论：黑洞的起源黑洞是宇宙中最神秘的天体之一，它的存在和性质一直以来都是天文学家们研究的焦点。
而奇点理论则是解释黑洞起源和性质的一种理论框架。
本文将介绍奇点理论以及它对黑洞起源的解释。
一、奇点理论的基本概念奇点理论是由物理学家斯蒂芬·霍金等人提出的一种理论框架，用于解释宇宙中的奇点现象。
奇点是指在某些物理理论中出现的无限大或无穷小的点，这些点的存在使得物理学的规律失效。
奇点理论试图通过统一引力和量子力学，解释奇点的本质和起源。
二、黑洞的定义和特性黑洞是一种极为紧密的天体，它的引力非常强大，甚至连光都无法逃离它的吸引。
根据广义相对论的描述，黑洞是由一个奇点和一个事件视界组成的。
奇点是黑洞的核心，它的质量集中在一个无限小的点上，密度无限大。
事件视界是黑洞的边界，它是一个球面，超过这个球面的物体无法逃离黑洞的引力。
三、奇点理论对黑洞起源的解释奇点理论认为，黑洞的起源可以追溯到宇宙的早期。
在大爆炸之后，宇宙经历了一个极为热密的阶段，称为宇宙早期。
在这个阶段，物质非常密集，引力非常强大。
根据奇点理论，当物质密度达到一定程度时，会形成一个奇点，即黑洞的核心。
在宇宙早期，物质的密度非常高，引力相互作用非常强烈。
根据广义相对论，物质的密度越高，引力就越强。
当物质密度达到一定程度时，引力将无法被任何力量抵消，形成一个奇点。
这个奇点的质量非常大，密度无限大，形成了黑洞的核心。
黑洞的事件视界是由黑洞核心的引力形成的。
当物体进入黑洞的事件视界之后，就无法逃离黑洞的引力。
这是因为黑洞的引力非常强大，甚至连光都无法逃离。
因此，黑洞的事件视界成为了黑洞的边界。
四、奇点理论的意义和挑战奇点理论对黑洞起源的解释提供了一种新的视角。
它将黑洞的形成与宇宙早期的物质密度联系起来，揭示了黑洞起源的可能机制。
同时，奇点理论也为研究黑洞的性质和行为提供了新的思路。
然而，奇点理论也面临着一些挑战。
首先，奇点理论目前还没有得到实验证实。
广义相对论中的黑洞物理学
广义相对论中的黑洞物理学一、引言广义相对论是爱因斯坦创立的一种重要的物理理论，其包含了许多重要的物理概念，如引力波、宇宙学模型和黑洞等。
其中，黑洞是广义相对论最具代表性的物理对象之一，其在物理学、天文学和宇宙学等领域中都有着广泛的应用。
黑洞物理学是研究黑洞的形成、演化、性质和行为等方面的学科，它涉及了许多重要的物理概念和理论，如引力、时空、量子力学和热力学等。
二、广义相对论中的黑洞黑洞是广义相对论中一种非常特殊的物体，它具有很强的引力场，可以吞噬一切物质和能量，并且不允许任何东西从其中逃逸。
在广义相对论中，黑洞可以由一些致密物体（如恒星）塌缩而成，当它的体积越来越小，密度越来越大时，就会形成一个黑洞。
黑洞具有很多非常神奇的性质，如事件视界、奇点和哈金辐射等。
事件视界是黑洞的表面，它是一种特殊的表面，当一切物质和能量穿过事件视界时，就不再能够逃逸黑洞的引力场了。
奇点是黑洞的核心部分，它是一种极端的物理状态，时间和空间会出现严重的畸变，并且物理规律也失效了。
哈金辐射是黑洞的发射辐射，它干扰了传统理解中关于黑洞的永久不散的观点。
三、黑洞的形成和演化黑洞的形成和演化是黑洞物理学的重要研究方向之一。
在广义相对论中，黑洞的形成一般有两种途径：一种是恒星演化到了末期，它会有一个极度致密的核心，如果这个核心的质量超过了一定的阈值，就会引起塌缩，最终形成一个黑洞；另一种是在宇宙的早期，形成了一些质量非常大的原始黑洞，它们可能是从密度非常高的区域聚集而成的。
在黑洞形成后，它会随着时间的演化而不断成长，一些别的星系、黑洞和星云等物体如果经过黑洞的引力场，则会被吞噬进去，成为黑洞的取食物。
四、黑洞的性质黑洞的性质是黑洞物理学的重要研究方向之一。
在广义相对论中，黑洞的性质和结构受到了许多物理规律的限制，如守恒定律、引力定律和能量守恒定律等。
这些物理规律限制了黑洞的形态和演化，同时也为黑洞的热力学性质等方面的研究提供了基础。
关于黑洞的知识
关于黑洞的知识一，什么是黑洞？质量比较小的恒星，到了晚年，会变成白矮星；质量比较大的，会变成中子星；质量更大的恒星，就变成黑洞。
黑洞体积很小，密度却很大，像太阳这样大的恒星，半径有七十万公里，如果变成黑洞，半径只有三公里，不过太阳还没有资格变成黑洞，因为它太小了。
黑洞的吸引力大的可怕，连每秒钟跑30万公里的光也被它的引力拉住，跑不出来，其他任何别的物体，当然更别想跑掉。
既然黑洞把光都吸了进去，所以它根本不发光，我们当然也就无法看到它了。
不过黑洞吸进物体的同时，会发出很强的X射线，天文学家根据这个特点，推断在天鹅座中就有一个黑洞。
大家知道，牛顿由苹果落地发现了万有引力。
当我们站在地面，向上抛出一个物体时，无论你使多大劲，物体上升到一定高度后，终归还是要落到地面上来，这是由于物体受到地球对它的吸引力的缘故。
但是，如果我们赋予物体的速度足够大，例如用多级火箭来加速，可以把人造卫星送到地球上空绕着地球旋转，人造卫星可以在很长时间以至数年内不落回地面。
进而，我们还可以把仪器和宇航员送到月球，甚至送到火星和其它太阳系的星球上去。
美国的宇宙飞船“旅行者号”就在太阳系中飞行了17年之久，最近到达海王星附近，它们可以永远不再回到地面上来。
根据物理学的计算，物体逃出星体的引力范围必须具有的最低速度为v2，即第二宇宙速度。
只要具有足够大的速度v，即v>v2物体就可以逃出这个星球。
然而，实际上并非所有的情况下，只要v足够大就能达到离开星球的目的。
因为物理学中还有另一条规律，那就是宇宙中任何物体的速度都有一个上限，这个上限为光在真空中的速度C=2.997924580×108m/s。
所以，当一个星球的质量很大，半径很小时，则可能有下面情况出现，即物体逃出星球的速度起码要大于C，这显然时不可能的。
于是，包括光在内，任何物体都不可能逃出这样一个质量大，半径小的星球。
现代黑洞是如此定义的：黑洞是时空中这样一个区域：任何物质一旦进入该区域，便永远不能出来。
黑洞理论及其形成机制
黑洞理论及其形成机制黑洞理论是现代天体物理学中的一项重要理论，它描述了一种极为奇特和强大的天体现象。
本文将介绍黑洞的概念、形成机制以及其宇宙中的作用。
1. 黑洞的概念黑洞是宇宙中一种极为致密的天体，它具有非常强大的引力场，甚至连光都无法逃离其吸引力。
根据广义相对论的理论基础，黑洞的核心被称为“奇点”，是一种无限密度和无限引力的点。
黑洞由一个事件视界（事件视界）包围，也被称为“事件视界”。
2. 黑洞的形成机制黑洞的形成机制可以追溯到恒星的演化过程。
当一颗恒星耗尽了核心的燃料，核聚变反应停止，恒星会经历剧烈的引力坍塌。
如果恒星的质量足够大，引力坍塌将无法被其他力量抵消，恒星将塌缩成一个奇点，形成黑洞。
在恒星末期，由于质量和智慧足够大，引力坍缩可能会形成更大的黑洞类型。
这些黑洞被称为超大质量黑洞，可能是银河系核心以及其他大型星系中的黑洞。
此外，还有可能存在质量更小的黑洞，称为中等质量黑洞或微型黑洞。
这些黑洞的形成机制尚未完全确定，但可能与早期宇宙中的物质密度以及超新星爆炸有关。
3. 黑洞的特性黑洞具有一些独特的特性，其中最引人注目的是其强大的引力场。
黑洞的引力非常强大，以至于它能够扭曲周围的时空结构，形成所谓的时空弯曲。
另一个重要的特性是黑洞的无逃逸速度。
由于黑洞的引力太强大，任何物体的速度都无法超过光速，因此甚至光也无法逃离黑洞的吸引力。
这也是为什么黑洞被称为“黑”的原因。
最后，根据哈金辐射理论，黑洞也可能发射出微小的粒子和能量，被称为哈金辐射。
这项理论解释了黑洞并非完全吞噬所有物质和能量的原因。
4. 黑洞在宇宙中的作用黑洞在宇宙中扮演着重要的角色。
首先，黑洞在银河系中发挥着重要的作用，特别是在银河系的核心区域。
超大质量黑洞被认为是银河系中形成和维持星系结构的关键因素。
其次，黑洞可能对整个宇宙的演化产生深远的影响。
一种理论认为，黑洞的大规模聚集和发射的粒子和能量可能会对宇宙中的星系形成和演化产生影响。
黑洞的诞生原理
黑洞的诞生原理黑洞的诞生原理是由爱因斯坦的广义相对论提出的。
广义相对论是描述引力的理论，根据这个理论，质量和能量会弯曲时空，而这种弯曲引起物体间的相互作用。
在宇宙中，当一个物体的质量足够大，密度足够高时，它就会发生坍缩。
坍缩的过程会使物体越来越密集，同时引力也会变得越来越强。
当物体质量超过一定的临界值时，引力会变得无法抵抗，物体将坍缩到极端的程度，形成一个极为密集的天体，即黑洞。
黑洞的临界质量，也被称为史瓦西半径，是指黑洞的半径等于光在真空中传播速度下能够绕黑洞一周的距离。
在这个临界质量下，黑洞是不可逆的，无法逃逸。
这是因为黑洞的引力场非常强大，它的密度和引力场曲率变成无穷大，物质完全被吸引到黑洞内部。
黑洞的诞生过程可以分为几个阶段。
首先，当一个恒星的核燃料耗尽时，核反应会停止，而内部的核心受到引力的挤压，核反应停止后的恒星内部没有了能够平衡核心压力的力量，核心开始坍缩。
其次，在核心坍缩的过程中，引力会继续增加，将物质拖向核心，使得核心的密度增加。
核心内部的原子核会继续被挤压，原子间的电子和质子会结合形成中子，并释放出巨大的能量。
最后，在核心坍缩到一定程度时，物质的密度变得极高，原子核的层次结构被摧毁，物质几乎全部被压缩到一个非常小且极为紧密的空间内。
这时，形成了一个极为密集的天体，即黑洞。
一旦黑洞形成，它将继续吸收周围的物质。
它的引力场极强，甚至连光也无法逃逸。
黑洞周围的物质会被吸引到黑洞的事件视界内，这是一个无法逃逸的区域。
事件视界是黑洞表面上的一个区域，在这个区域内，物体无法逃离黑洞的引力。
黑洞的存在可以通过间接观测进行验证。
当有物质被吸引到黑洞附近时，会形成一个类似于盘状的吸积盘，同时释放出巨大的光和射电辐射。
这些辐射可以被天文学家使用望远镜进行观测，从而间接地证实黑洞的存在。
总结起来，黑洞的诞生是由于质量足够大且密度足够高的物体发生坍缩过程，形成极为密集的天体。
它的形成与爱因斯坦的广义相对论密不可分，而黑洞的存在可以通过间接观测进行验证。
虫洞和黑洞的区别
虫洞和黑洞的区别
虫洞就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。
暗物质维持着虫洞出口的开启。
虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。
虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道，所以也叫"灰道"。
黑洞是现代广义相对论中，存在于宇宙空间中的一种天体。
黑洞的引力极其强大，使得视界内的逃逸速度大于光速。
故而，“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。
1、虫洞和黑洞概念不一样：虫洞是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。
黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种天体。
一个是隧道，一个是天体，是完全不一的两个东西。
2、虫洞和黑洞性质不一样：虫洞是相对论中描述的，用来作为宇宙中的高速火车。
虫洞的存在，依赖于一种奇异的性质和物质，而这种奇异的性质，就是负能量。
这是虫洞的两个性质。
黑洞却几乎不保持形成它的物质所具有的任何复杂性质。
它保持的只是质量、角动量、电荷，消繁归简或许是黑洞最基本的特征。
黑洞的知识
黑洞的知识
黑洞是一种天体，其引力场极强，甚至连光也无法逃脱。
根据广义相对论，引力场会使时空弯曲。
当恒星半径越小，它对周围时空的弯曲作用越大，朝某些角度发出的光将沿弯曲空间返回恒星表面。
当恒星半径缩小到“XXX半径”时，连垂直表面发射的光也被捕获，恒星变成了黑洞。
黑洞是宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，似乎就再不能逃出。
黑洞可能是由恒星演化而来。
当恒星衰老时，中心的燃料耗尽，由中心产生的能量不多，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。
在外壳的重压下，核心开始坍缩，最终形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
质量小的恒星主要演化成白矮星，质量大的恒星则可能形成中子星。
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。
如果超过这个值，将再没有什么力能与自身重力相抗衡，从而引发另一次大坍缩。
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。
黑洞是如何把自己隐藏起来的
呢？答案是——弯曲的空间。
光是沿直线传播的，但空间会在引力场作用下弯曲。
这时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。
形象地说，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。
广义相对论课件
广义相对论课件广义相对论课件概念介绍黑洞爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用：它直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中的某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出；而多大质量的恒星会塌陷为黑洞则是印裔物理学家钱德拉塞卡的功劳——钱德拉塞卡极限（白矮星的质量上限）。
引力透像有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因。
光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象，这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像。
引力波广义相对论还预言了引力波的存在（爱因斯坦于1918年写的论文《论引力波》），现已被直接观测所证实。
此外,广义相对论还是现代宇宙学的膨胀宇宙模型的理论基础。
[2]时空关系19世纪末由于牛顿力学和（苏格兰数学家）麦克斯韦（1831~1879年）电磁理论趋于完善，一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”，但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时，发现一系列尖锐矛盾，对经典时空观产生疑问。
爱因斯坦对这些问题，提出物理学中新的时空观，建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律，创立相对论。
狭义相对论提出两条基本原理。
（1）光速不变原理：即在任何惯性系中，真空中光速c都相同，为299,792,458m/s，与光源及观察者的运动状况无关。
（2）狭义相对性原理：是指物理学的基本定律乃至自然规律，对所有惯性参考系来说都相同。
爱因斯坦的第二种相对性理论（1916年）。
该理论认为引力是由空间——时间弯曲的几何效应（也就是，不仅考虑空间中的点之间，而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的，因而引力场影响时间和距离的测量。
[3]万有引力广义相对论：是一种关于万有引力本质的理论。
爱因斯坦曾经一度试图把万有引力定律纳入相对论的框架，几经失败后，他终于认识到，狭义相对论容纳不了万有引力定律。
于是，他将狭义相对性原理推广到广义相对性，又利用在局部惯性系中万有引力与惯性力等效的原理，建立了用弯曲时空的黎曼几何描述引力的广义相对论理论。
黑洞面面观
按黑洞本身的物理特性划分
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。
物理黑洞
奇点
随着时间的流逝，黑洞内物体的r最后 都要减少到零。这一点，正是我们的理想 化模型中，质量M 的集中点。有限的质量 集中到一点，质量-能量密度为无穷大；相 应地，时空曲率也变为无穷大，也就是说， 引力场的作用无限地强。由于这种奇异的 数学-物理性质， r =0处被称为奇点。任 何物体撞到奇点上都不可避免地受引力作 用而毁坏。
飞船进入黑洞
设想有一名太空冒险家，他驾驶宇宙飞船闻进某 个史瓦西时空并且接近其史瓦西面。如果他忽然觉得 不妙，及时设法挣脱该处的引力场而逃逸，这算是他 的幸运。然而，如果他错过了时机，一旦飞船进入黑 洞，便走上了不归路，在极短的时间之内（以他自己 的时钟来计算），必然灾难性地撞上时空奇点。不过， 黑洞外面的观测者倒是看不见这灾难性的一幕，甚至 连这位宇航者进入黑洞后可能发出的呼救信号也是接 收不到的，因为视界隔断了来自黑洞内的所有光线和 信息。
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，在 耗尽其燃料并坍缩后，星体将塌缩到自 身的引力半径之內，当这恒星收缩到某 一临界半径时，表面的引力场强到连光 线也逃逸不出去，其他东西更不可能逃 逸。也就是说，存在一个时空区域，光 或任何东西都不可能从该区域逃逸而到 达远处的观察者。我们将这区域称作黑 洞，将其边界称作事件视界。
黑洞论文
论黑洞摘要：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无限大，体积无限小的天体，所有的物理定理遇到黑洞都会失效。
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，发生引力坍缩产生的。
黑洞的质量极其巨大，而体积却十分微小，它产生的引力场极为强劲，以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界（临界点）内，便再无法逃脱，甚至目前已知的传播速度最快的光（电磁波）也逃逸不出。
黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。
借由物体被吸入之前的因高热而放出紫外线和X射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。
并且，我们可以根据史瓦西半径，可计算出一个天体要维持形态的最小半径，根据黑洞的半径可反推算其质量。
一、黑洞的物质介绍“黑洞”这个名字，总是令人遐想联翩。
那么，究竟什么是“黑洞”呢？这个名字的第一个字“黑”，表明它不会向外界发射或反射任何光线，也不会发射或反射其他形式的电磁波——无论是波长最长的无线电波还是波长最短的γ射线。
因此人们无法看见它，它绝对是“黑”的。
第二个字“洞”，说的是任何东西只要一进入它的边界，就休想再溜出去了，它活像一个真正的“无底洞”。
[3]也许有人会想：假如我用一只超级巨大的探照灯对准黑洞照过去，像照妖镜照住“妖怪”那样，黑洞不就“现原形”了吗？错了！射向黑洞的光无论有多强，都会被黑洞全部“吞噬”，不会有一点反射。
这个“无底洞”，照样还是那么“黑”。
把这种奇特的天体称为“黑洞”，真是太妙了。
黑洞并不是科学家在一夜之间突然想到的。
早在1798年，法国科学家拉普拉斯就根据牛顿建立的力学理论推测：“一个直径像地球、密度为太阳250倍的发光恒星，在其引力作用下，将不允许它的任何光线到达我们这里。
”这话是什么意思呢？我们不妨先从宇宙飞船说起。
宇宙飞船要摆脱地球的引力进入行星际空间，速度至少要达到11.2千米/秒，否则它就永远逃不出地球引力的控制。
2023黑洞说明文_1
2023黑洞说明文2023黑洞说明文1阅读下面的文字，完成15-17题。
（12分）①今年4月10日，人类史上首张黑洞照片面世，终于让人们一睹黑洞的“芳容”。
②黑洞是广义相对论中宇宙空间内存在的一种天体。
它源自爱因斯坦广义相对论的推论，揭示了物理学中的极限。
当恒星的核燃料耗尽，也就是恒星到达生命的尽头时，它们会膨胀，失去质量，然后冷却形成白矮星。
但是炽热的天体中较大的，比如9到25倍太阳质量的恒星，它们会随着一场大爆炸——超新星爆发而坍缩成中子星。
本来恒星可以通过自身的核聚变产生持续向外的推力，以平衡恒星自身质量向内的引力。
爆发后恒星的残骸不会再提供推力，但自身巨大的引力还在，就只能向内坍缩。
当它持续坍缩，半径收缩到史瓦西半径时，黑洞就诞生了。
③黑洞无法直接观测，科学家借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。
由于黑洞的强大引力，它往往被其他明亮的物质包围，这使得我们很难看到黑洞本身。
看不见，并不完全因为它是“黑”的。
在此之前，我们实际上能够观察到的黑洞，是视界以外的部分。
天文学家通常不会尝试直接观测，他们要寻找黑洞存在的间接证据。
④以著名的物理学家钱德拉塞卡命名的望远镜，专门观测不同天体发出的X 射线。
对于黑洞存在的最好证据就来自这里。
在黑洞的引力下，吸积盘内物质落入黑洞的速度极快，物质之间的摩擦使它被加热至数十亿度的高温，从而发出辐射，这些辐射就包括有X射线。
来自哈勃望远镜和甚大射电望远镜数据合成的图片，显示了来自20亿光年外，有银河系质量1000倍大小的武仙座A黑洞爆发出的喷流。
人们认为喷流正从半人马座A中心的黑洞喷发出来。
这些喷流供给了大量的辐射气体，而这些气体远远超出了可见星系的范围。
这些喷流比星系本身还要长。
天文学家记录了黑洞周围恒星20年来，围绕着银河系中心的人马座A__运动的恒星数据。
那些恒星在围绕一处“空白”以每小时1800万千米的速度运行。
⑤虽然黑洞距离我们十分遥远，天文学家仍想出了办法观测到它。
黑洞全息原理讲义
黑洞全息原理讲义首先，黑洞是由大量质量集聚在一起形成的天体。
由于其质量极大，在其表面引力很强，甚至连光也无法逃脱。
因此，黑洞表面形成了一个事件视界，事件视界内的一切物质都将无法逃离黑洞，这也是为什么我们无法直接观测到黑洞的原因。
引力是广义相对论的核心概念，黑洞的研究对于理解引力的特性非常重要。
根据广义相对论，黑洞不仅形成了事件视界，还形成了一个奇点，即奇异点，在此奇异点附近的时空曲率无穷大。
这意味着黑洞内部的物质和能量集中到了极限，使得时空与量子力学的经典描述失效。
在20世纪70年代，斯特罗姆根提出了黑洞全息原理，认为黑洞的表面事件视界是一个二维的量子系统，其信息被完整地嵌入在黑洞外部的三维空间中。
这个三维空间被称为“表面”，是黑洞全息原理中的关键概念。
基于全息原理，黑洞的物理性质可以通过表面上的量子信息来描述。
量子力学认为，信息是不会丢失的，因此黑洞中的信息也不会消失。
这一观点打破了传统物理学中的信息守恒定律，并且引起了广泛的讨论。
根据全息原理，黑洞的质量、自旋等物理性质可以由表面上的量子信息来描述。
这些量子信息的编码方式非常复杂，可以想象为一个密钥，通过这个密钥就可以还原出黑洞内部的物理过程。
全息原理的提出为黑洞的研究提供了一种新的思路，并且对量子引力理论的发展也产生了重要影响。
除了黑洞，全息原理还可以应用于其他物理系统的研究。
例如，在凝聚态物理中，通过将三维凝聚态系统映射到二维表面上的量子系统，可以更好地研究系统的性质和行为。
这种映射将系统的信息压缩为较低维度，从而更容易进行计算和研究。
总之，黑洞全息原理是对黑洞的研究从量子力学和广义相对论的角度进行的一种新的描述。
它指出，黑洞内部的物理过程可以通过其表面上的量子信息来描述，这为我们理解黑洞的性质和引力的本质提供了一种新的方法。
同时，全息原理还可以应用于其他物理系统的研究，深化我们对这些系统的认识。
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广义相对论下黑洞的概念米歇耳和拉普拉斯的工作提出不久，托马斯·杨(Young)发现了光的干涉与衍射现象.在以后的一百多年间，光的波动学说代替了光的粒子学说，米歇耳和拉普拉斯建立在光的粒子学说基础上得出的结论，逐渐被人们淡忘了.直到1916年从爱因斯坦(Einstein)的广义相对论中导出了与他们相同的结果，米歇耳和拉普拉斯的工作才再度引起人们的关注.1916年，在爱因斯坦广义相对论发表后不久，施瓦西(Schwarzschild)导出了爱因斯坦场方程的一个准确解，即施瓦西解.这个解给出了对静态球对称黑洞，即施瓦西黑洞的描述，这标志着用广义相对论研究黑洞的开始.【2】按照广义相对论，物质决定时空如何弯曲，而光和物质的运动将由弯曲时空的曲率决定，当曲率大到一定程度时，光线就无法跑出去了，广义相对论中黑洞的概念就是这样产生的.下面是钱德拉塞卡（Chandrasekhan S）给出的黑洞定义.定义1：黑洞将三维空间分为两个区域，一个是以称之为视界的二维光滑曲面为边界的内区域，一个是视界以外渐进平直的外区域，而且内区域的点不能与外区域的点交换讯息.u小于光速，即物体可以以小于光的速度从其表定义2：一个星球，如果它的逃逸速度e面逃逸，那么这个星球一定不是黑洞.Einstein在广义相对论中所建立的引力场方程为：,这个方程是高度非线性的，一般不能严格求解.只有在对时空度规附加一些对称性或其他要求下，使方程大大简化，才有可能求出一些严格解.在引力场球对称的假定下，可以得到方程的史瓦西解：显然，度规在和ｒ＝0处奇异（趋于无穷大）.但是,处的奇异是由于坐标系带来的,可以通过适当的坐标系变换来避免.1960年代，克鲁斯科(Kruskal)提出一个说法.他说爱因斯坦场方程的解之所以会无穷发散，是因为坐标系选择得不好.如果我们选择一个适当的坐标系，便可以消除这个奇点.他提出以下的坐标变换，把时空坐标(r,t)变换到一对没有物理意义的抽象的数学坐标(u,v)，叫做克鲁斯科坐标：其中r s = 2GM是施瓦兹查尔德半径.逆变换为：将这一变换画成图像，就得到克鲁斯科变换的图像.克鲁斯科变换的几个特征：1）空间的原点r = 0从一个几何点变成了一条最上面的抛物线.（其实是一个四维曲面.别忘了极角和方位角坐标.）2）施瓦兹查尔德半径被变换到了u – v坐标系中的两条对角线.但是奇点并没有消失.3）整个时空宇宙占据了u-v坐标系中以对角线u= -v 为界的右上方和以抛物线r = 0为界的下面所界定的区域.4）施瓦兹查尔德半径以内的区域变换到了两条对角线以上，原点抛物线以下的区域II.5）施瓦兹查尔德半径以外的空间变换到了两条对角线右面的区域I.从图表上我们看到，克鲁斯科变换并没有把施瓦兹查尔德半径变掉，而是变成了u – v坐标系中的两条对角线.u-v坐标系没有物理意义.真正有物理意义的是r – t坐标.时空坐标系中度规是否发散是可以观测到的物理现象.一个无穷发散的物理现象不应该仅凭坐标系的选择而消除，这是常识，也是常理.克鲁斯科认为一个坐标变换就可以改变物理现象，是对相对性原理的根本违反.ｒ＝0处的奇点是本质的.在奇点上，时空曲率和物质密度都趋于无穷大，时空流形达到尽头.不仅在宇宙模型中起始的奇点是这样，在星体中引力坍缩终止的奇点也是这样.在奇点处，“一切科学预见都失去了效果”，没有时间，也没有空间.无穷大的出现显然是广义相对论的重大缺陷.２０世纪初，Einstein认为“黑洞”的成因是引力造成了空间弯曲，故光子无法逃到这种至密天体的引力场外.后来，施瓦西（Karl Schwarzschild，１８７３～１９１６）为Einstein的“相对论”黑洞确立了一个“视界”，光子只能被禁闭在“视界”之内，“视界”之外的空间仍然是平直的欧几里德空间，光子仍然遵守地球空间中的一切物理定律.广义相对论预言，当大质量的恒星达到极高密度时，就在空间形成了一只很深的“引力陷阱”，最终把空间弯曲到这样一个程度，以致附近的任何物体，包括光线在内被其吞灭，就好像一个无底洞，这样的天体称为黑洞.在黑洞的中心是一个奇点，那里所有的物质都被无限压缩，时空被无限弯曲. 按照广义相对论，黑洞并不是通常意义上的物质实体，而是一个区域，一个极度弯曲了的空间.一旦物质落入这一弯曲了的空间，它就立刻消失得无影无踪，不管黑洞吞掉了多少物质，它本身依旧是弯曲的空间.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.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.黑洞是引力汇点.史瓦西的这个解奠定了整个黑洞物理学的基础，此后在60年代克尔等人又找到另一个轴对称解，被称作克尔度规，在此基础之上又有克尔黑洞.自２０世纪７０年代以来，英国的霍金（Stephen Hawking，１９４２～）相继提出了“微型黑洞”、“量子黑洞”的概念，认为“微型黑洞”可以在宇宙间四处游荡，甚至经常光顾太阳系，并曾对太阳与行星的引力场产生过影响.“量子黑洞”是一种“灰色天体”它里面的某种“虚粒子”可以从黑洞中“蒸发”出来，故“黑洞不黑”，仍然可以与“视界”外的空间交换能量.严格说来，“黑洞”理论本身就是另外一种“引力佯谬”或“引力悖论”，它是按牛顿“万有引力”理论推导出来的一种“极限天体”，现实宇宙无法满足这种“极限天体”所要求的物理条件，故它不可能得到任何观测与实验的检验.当我们在实验室里把某种物质的密度加大到一定程度时，这种物质必然因理化环境的改变而抗拒密度的增加，或始终维持在固态的最小密度状态，根本不可能实现黑洞所要求的密度条件. 就天文观测的角度讲，如果某种天体的体积与质量达到了一定极限，其内部热能必然导致它熔解、气化、等离子化，通过向外“蒸发”来减少自己的质量，从而使自身的物质密度维持在一个有限范围之内.比如银心的直径已达１光年多，它就不得不以蒸发、辐射的方式向外界排泄质量，以减少自己的质量或扩大自身的体积，来维持一个合理的平均密度. 黑洞的辐射很像另一种有相同颜色的东西，就是黑体.黑体是一种理想的辐射源，处在有一定温度表征的完全热平衡状态.它发出所有波长的辐射，辐射谱只依赖于它的温度而与其它的性质无关.【1】现今的主流科学家们对黑洞的霍金辐射的权威解释包括霍金在内都用“真空中的能量涨落而能生成基本粒子”的概念.他们认为：“由于能量涨落而躁动的真空就成了所谓的狄拉克海，其中偏布着自发出现而又很快湮灭的正-反粒子对.，，量子真空会被微型黑洞周围的强引力场所极化.在狄拉克海里，虚粒子对不断地产生和消失，一个粒子和它的反粒子会分离一段很短的时间，于是就有4种可能性：【1】.两个伙伴重新相遇并相互湮灭.反粒子被黑洞捕获而正粒子在外部世界显形.正粒子捕获而反粒子逃出.双双落入黑洞. 霍金计算了这些过程发生的几率，发现过程《2》最常见.于是，能量的账就是这样算的：由于有倾向性地捕获反粒子，黑洞自发地损失能量，也就是损失质量.在外部观察者看来，黑洞在蒸发，即发出粒子气流.”【1】霍金对黑洞发射霍金辐射的解释是：真空里的虚粒子对中的反粒子易被黑洞俘获，而后与黑洞中的一个正粒子湮灭，使黑洞内损失一个正粒子，导致黑洞损失能量而缩小.并使黑洞外面的真空中多出一个正粒子.谈到黑洞，离不开史瓦西半径 (Schwarzchild raduis).史瓦西半径的是说，在史瓦西半径之內的物体，即使加速到接近光速，也沒有办法逃离黑洞.而在史瓦西半径之外的物体，可以逃离黑洞的重力场.史瓦西半径（Schwarzchild radius）的公式如下（文献1）： Rs = 2*G*M/C^2上式中： Rs 为史瓦西半径，单位为m； G 为万有引力常数，毕姆斯（Beams，J.W.）等人得到的值为6.674*10^-11 m^3s^-2kg^-1（文献2 ）； M 为黑洞的质量，单位为kg； C 为光速，其值为 299 792 458 m / s；这个公式是史瓦西将静态球对称引力场代入广义相对论场方程得到的史瓦西解（Schwarzchild Solution）.史瓦西解告诉我们，广义相对论预言一种物体，那就是黑洞.只要接近黑洞到一个限度，你就会发现时空被一個球面(半径为史瓦西半径)分割成两个性质不同的区域，这个球面称为“事界”(Event horizon).史瓦西半径的公式是说：一个物体囚禁光的半径与该物体的质量成正比.已知太阳和地球的质量，我们不难求出太阳的史瓦西半径是3km, 也就是說, 质量跟太阳一样的黑洞, 如果光接近到3km以內, 就逃不出来了.而地球的史瓦西半径为0.9cm.广义相对论的引力场在理论上存在着奇性，这种奇性具有十分奇特的性质，沿着短程线运动的粒子或光线会在奇性处“无中生有”或不知去向.按照广义相对论，演化到晚期的星体只要还有两三个太阳的质量，就会迟早变为黑洞，包括光线在内的任何物体都会被黑洞的强大引力吸到里面而消失得无影无踪.不仅如此，黑洞还要不断坍缩到时空奇性.时间停止了，空间成为一个点，一切物理定律，包括因果律都失去意义，一切物质状态都被撕得粉碎.此外，经典理论中的一个黑洞永远不能分裂为两个黑洞，只能是两个或两个以上的黑洞合为一个黑洞，其结果很可能是整个宇宙变为一个大黑洞，并且早晚要坍缩到奇性.寻找黑洞的观测工作也在稳步进展.1970年底，美国和意大利联合发射了载有X射线探测装置的卫星，这颗卫星工作到1974年，共探测到161个射线源，经筛选确认，天鹅座X-1最有希望是一个黑洞.另外，圆规座X-1与天鹅座X-1数据非常相似，也很有希望被证认为黑洞.现在关于黑洞的理论的研究正在进展，观察结果还有待进—步证实.无论如何，广义相对论竟然要求这类难以接受的奇性，无疑是一个难题.或者广义相对论本身要修改，或者物理学的其他基本概念和原理要有重大变更.不管黑洞如何定义，无论是用牛顿力学的方法定义，还是按照广义相对论的方法定义，定义2均能成立，因为，所谓黑洞是这样一种星球，任何物质都不能逃离出去，如果物质可以以小于光的速度逃到无穷远处，那么，这个星球显然不是黑洞.由此我们不难看出，黑洞概念与星球的逃逸速度密切相关在爱因斯坦提出广义相对论后，史瓦西首先得到了描述时空的方程，也就是著名的史瓦西方程.这个方程描述了一种被称为标准的恒星模型周围的空间.史瓦西方程主要描述恒星外的时空和恒星内的时空.惠勒根据这个方程首先提出了黑洞存在的可能性，同时也拉开了对致密星体尤其是黑洞研究的序幕.参考文献：【1】约翰—皮尔卢考涅：“黑出版社, 2000.【2】Kip, S. Thorne, Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy, W. W. Norton, New York. 1994.。