丁凯稳态黑洞的性质与特征-1

目录

摘要 (1)

Abstract (1)

1 引言 (1)

1.1广义相对论 (1)

1.2致密性体与黑洞 (2)

2稳态黑洞 (3)

2.1稳态黑洞的概念 (3)

2.2稳态黑洞的形成 (4)

3稳态黑洞的种类和性质 (4)

3.1黑洞的种类 (5)

3.2黑洞的性质 (5)

3.2.1奇性定理 (5)

3.2.2 黑洞无毛定理 (6)

3.2.3黑洞的霍金辐射 (6)

3.2.4黑洞寿命与质量的关系 (6)

3.2.5 黑洞的热力学性质 (6)

4.黑洞的特点 (7)

4.1黑洞的电磁学特征 (7)

4.2黑洞对时空的影响 (7)

5黑洞的探测 (8)

5.1利用开普勒的行星运动三定律 (8)

5.2微透镜探测技术 (8)

5.3利用射线观测黑洞 (8)

6结论 (9)

参考文献 (9)

稳态黑洞的性质与特征

学生姓名： 学号：

学 院：物理电子工程学院 专业：物理学

指导老师： 职称：

摘要：稳态黑洞是现代物理学和天文学中研究的一个热点。本文主要讨论了稳态黑洞的概念、形成过程、种类和性质以及特征。本文从以上几个方面证实了稳态黑洞的存在，探究了稳态黑洞的一些性质。探究结果表明，要确定一个黑洞只需知道其质量、电荷、角动量。我们讨论和探究稳态黑洞的目的就是为了供人们开发利用，同时本文也列举了几种探测稳态黑洞的方法，最后明确了研究稳态黑洞的意义。

关键词：稳态黑洞；广义相对论；致密星体

The properties and characteristics of the stationary black hole Abstract: The stationary black hole is a hot topic in the research of modern physics and astronomy. This paper mainly discusses the concept, the stationary black hole formation process, kinds and properties and characteristics, thus confirming the stationary black holes exist; study the stationary black hole, studies show that to determine a black hole only needs to know its mass, charge, and angular momentum; discuss the stationary black hole for the purpose is for people to develop and use, so the article also lists several methods to detect stationary black holes; the last is to clear the significance of stationary black hole.

Keywords: stationary black hole ；the general theory of relativity; compact objects

1 引言

1.1广义相对论

1915年爱因斯坦提出了广义相对论，指出了物质和时空是相互影响的，物质的存在和运动会产生万有引力，从而造成时空的弯曲，而时空的弯曲反过来又影响物质的运动。爱因斯坦场方程充分的体现了物质与时空的相互影响。

μνμνμνκT R g R -=-2

1 (1)

其中μνR 为Ricci ，μνg 是度规张量，R 为标量曲率，μνT 为物质场的能动张量，常数4

8c G πκ=。广义相对论的问世，让人们对时空、物质和引力的本质及其相互关系得到了充分地认识，也达到了前所未有的高度。

而广义相对论建立后不久，天体运动、天体演化、宇宙演化以及宇宙起源等各种天体物理问题就受到了物理学家和宇宙学家的关注和研究。爱因斯坦广义相对论的其中的一个重要的天体物理结果就是存在引力坍缩天体，就是所谓的“黑洞”。所以我们说黑洞是广义相对论所预言的一种奇特的天体，具有极端的强引力场和特殊的时空奇异性结构。在1790年左右，英国剑桥大学的学监米歇尔和法国科学家拉普拉斯从牛顿力学和光的微粒说出发，预言了“暗星”的存在。他们认为，宇宙存在这样的一种暗星，当其产生的万有引力强大到可以把自身发射的光子拉回来的时候，这颗星就将成为外部观测者看不见的暗星。他们推算出“暗星”形成的条件为: 2

2GM r c ≤ (2) 其中光子质量为m ，光速为c ，星体的质量和半径分别为M 和r [1]。

1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，指出了万有引力是时空弯曲的表现，物质的存在会造成时空的弯曲。1916年，史瓦西得到了爱因斯坦场方程的一个重要的严格解——Schwarzschild 外解。1939年奥本海默及其合作者从广义相对论出发，再次预言了暗星的存在。有趣的是，他们从爱因斯坦理论出发预言的暗星条件和拉普拉斯等人用牛顿理论得出的暗星条件完全一致。

“暗星”理论一直得不到物理界的重视，直到20世纪60年代，克尔等人从爱因斯坦场方程中相继得到各种轴对称解一一Kerr 解和Kerr-Newman 解。爱因斯坦场方程的Schwarzschild 外解、Kerr 解和Kerr-Newman 解为“暗星”提供了良好的环境和理论模型。同时，中子星和类星体的发现，使“暗星”开始受到物理学家和天文学家的关注。1967年美国物理学家惠勒建议把“暗星”改名为“黑洞” [2]。

1.2致密性体与黑洞

由于恒星热反应停止以后，辐射压力减少，使恒星发生收缩，在收缩过程中，核内高温使物质发生电离。星体内部充满电子，由于电子服从泡利不相容原理。物质粒子靠的十分接近时候不能具有完全相同的状态。即两个相同的自旋为1/2的粒子不可能同时具有相同的位置与速度，这将导致粒子在吸引、接近的过程中产生很强的斥力平衡，按照相对论理论，粒子之间的相对速度不能超过光速。由泡利不相容原理产生