黑洞 幻灯片PPT演示课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7
黑洞对周围环境的影响
• 设想在弹簧床上放置一块质量非常大的石 头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大 大地影响床面，不仅会使其弯曲下陷，还 可能使床面发生断裂。类似的情形同样可 以在宇宙中出现，若宇宙存在黑洞，则该 处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的 破裂叫作时空的奇异或奇点。
8
黑洞的物理特性
19
总结
宇之表无极，宙之端无穷。 浩瀚无际的宇宙中有关黑洞的现象仍 然吸引着天文学研究者，更有待我们 的进一步的探讨。相信有关黑洞的研 究成果必定会促进科学技术的进步。
20
12
13
物理学观点的解释
• 黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过
它的密度非常非常大, 靠近它的物体都被它
的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走
一样),不管用多大的速度都无法脱离。对于
地球来说，以第二宇宙速度（11.2km/s）
来飞行就可以逃离地球，但是对于黑洞来
说，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了
3
课题研究的内容
• 什么是黑洞？ • 黑洞的形成. • 黑洞对周边环境的影响. • 黑洞的特点.
4
和黑洞相关的几个问题
• 1、黑洞炸弹的威力。
• 2、黑洞的有趣现象。
• 3、太阳会变成黑洞吗？
5
关于黑洞的介绍
• 黑洞（Black hole）是根据现代的广义 相对论所预言的，它很容易让人望文生义 地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。 所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的 引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出 来。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。实际上黑洞真正是“隐形” 的。
6
黑洞的形成
• 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，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到 最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星 体。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小 于史瓦西半径），质量导致的空间扭曲就使得即 使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。
•
参考：《宇宙新视野》11
• 2、黑洞不让任何其边界以内的任何事物 被外界看见，这就是这种物体被称为“黑 洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观 察它，只能通过受其影响的周围物体来间 接了解黑洞。虽然这么说，但黑洞还是有 它的边界，即“事件视界（视界）”．据 猜测，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特 殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。另 外，黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡 极限的恒星演化到末期而形成的，质量小 于钱德拉塞卡极限（约为（3× 10的30次 方）公斤）的恒星是无法形成黑洞的。
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，有助于吸引年轻人的科学兴 趣。
2
• 黑洞是理论物理中各种极限状态的典型代 表，其研究，具有三大意义 1、理论物理的大统一理论（解释宇宙万 物的终极理论） 2、哲学宗教意义 3、现实意义，研究基本粒子，衍生各种 民用产品，比如能源类、讯息类等等
15
• 1 不旋转不带电荷的黑洞。它的时空结构 于1916年由史瓦西求出称史瓦西黑Байду номын сангаас。
• 2 不旋转带电黑洞，称R-N黑洞。时空结 构于1916-1918年由Reissner和Nordstrom 求出
• 3 旋转不带电黑洞，称克尔黑洞。时空结 构由克尔于1963年求出
• 4一般黑洞，称克尔-纽曼黑洞。时空结构 于1965年由纽曼求出。
光速，所以连光都跑不出来，于是射进去
的光没有反射回来，我们的眼睛就看不到
任何东西，只是黑色一片。
14
对于黑洞的研究历史
• 历史上，第一个意识到一个致密天体密度可以 大到连光都无法逃逸的人是英国地理学家John Michell。他在1783年写给亨利·卡文迪什一封信 中提出这个想法的，他认为一个和太阳同等质量 的天体，如果半径只有3公里，那么这个天体是不 可见的，因为光无法逃离天体表面。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 ”。
1、黑洞最重要的一个物理 特性之一，就是引力透镜 作用，光线会受到黑洞引 力的作用改变运行轨迹， 这使得我们可以看到远方 星系的侧面甚至后面。如 果光线的路径经过黑洞的 引力视界，那么它将无法 逃逸。
9
• 2、黑洞不会把整个宇宙都吞噬掉，目前所 有的星系中心都有一个超大质量黑洞，吞 掉整个星系是迟早的，但这也是很漫长的 过程。但星系之间的距离太遥远了，接下 来宇宙会如何演化，会停止膨胀转向收缩 吗？另外黑洞质量也不会无限制增加
16
分类 超重黑洞 中介质量黑洞 恒星黑洞 微型黑洞
黑洞分类
质量 ~105–1010 M太阳 ~103 M太阳 ~10 M太阳
up to ~M月球
大小 ~0.001–400 AU ~103 km ≈ R地球
~30 km up to ~0.1 mm
17
质量达到太阳十倍的黑洞
18
超大质量黑洞从吸积盘中吸积的 概念图
• 3、如果远方星体发出的光线，经过2个以 上的黑洞恰好到达地球被我们观测到，也 是完全可能的。
10
黑洞的特点
、 • 1 广义相对论语言的一种特别致密的暗天
体。大质量恒星在其演化末期发生塌缩，其物质 特别致密，它有一个称为“视界”的封闭边界， 黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至 于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱 。形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量，当然 ，这是最后的星核质量，而不是恒星在主序时期 的质量。除了这种恒星级黑洞，也有其他来源的 黑洞——所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期，而 所谓超大质量黑洞可能存在于星系中央。
黑洞对周围环境的影响
• 设想在弹簧床上放置一块质量非常大的石 头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大 大地影响床面，不仅会使其弯曲下陷，还 可能使床面发生断裂。类似的情形同样可 以在宇宙中出现，若宇宙存在黑洞，则该 处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的 破裂叫作时空的奇异或奇点。
8
黑洞的物理特性
19
总结
宇之表无极，宙之端无穷。 浩瀚无际的宇宙中有关黑洞的现象仍 然吸引着天文学研究者，更有待我们 的进一步的探讨。相信有关黑洞的研 究成果必定会促进科学技术的进步。
20
12
13
物理学观点的解释
• 黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过
它的密度非常非常大, 靠近它的物体都被它
的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走
一样),不管用多大的速度都无法脱离。对于
地球来说，以第二宇宙速度（11.2km/s）
来飞行就可以逃离地球，但是对于黑洞来
说，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了
3
课题研究的内容
• 什么是黑洞？ • 黑洞的形成. • 黑洞对周边环境的影响. • 黑洞的特点.
4
和黑洞相关的几个问题
• 1、黑洞炸弹的威力。
• 2、黑洞的有趣现象。
• 3、太阳会变成黑洞吗？
5
关于黑洞的介绍
• 黑洞（Black hole）是根据现代的广义 相对论所预言的，它很容易让人望文生义 地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。 所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的 引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出 来。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。实际上黑洞真正是“隐形” 的。
6
黑洞的形成
• 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，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到 最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星 体。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小 于史瓦西半径），质量导致的空间扭曲就使得即 使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。
•
参考：《宇宙新视野》11
• 2、黑洞不让任何其边界以内的任何事物 被外界看见，这就是这种物体被称为“黑 洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观 察它，只能通过受其影响的周围物体来间 接了解黑洞。虽然这么说，但黑洞还是有 它的边界，即“事件视界（视界）”．据 猜测，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特 殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。另 外，黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡 极限的恒星演化到末期而形成的，质量小 于钱德拉塞卡极限（约为（3× 10的30次 方）公斤）的恒星是无法形成黑洞的。
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，有助于吸引年轻人的科学兴 趣。
2
• 黑洞是理论物理中各种极限状态的典型代 表，其研究，具有三大意义 1、理论物理的大统一理论（解释宇宙万 物的终极理论） 2、哲学宗教意义 3、现实意义，研究基本粒子，衍生各种 民用产品，比如能源类、讯息类等等
15
• 1 不旋转不带电荷的黑洞。它的时空结构 于1916年由史瓦西求出称史瓦西黑Байду номын сангаас。
• 2 不旋转带电黑洞，称R-N黑洞。时空结 构于1916-1918年由Reissner和Nordstrom 求出
• 3 旋转不带电黑洞，称克尔黑洞。时空结 构由克尔于1963年求出
• 4一般黑洞，称克尔-纽曼黑洞。时空结构 于1965年由纽曼求出。
光速，所以连光都跑不出来，于是射进去
的光没有反射回来，我们的眼睛就看不到
任何东西，只是黑色一片。
14
对于黑洞的研究历史
• 历史上，第一个意识到一个致密天体密度可以 大到连光都无法逃逸的人是英国地理学家John Michell。他在1783年写给亨利·卡文迪什一封信 中提出这个想法的，他认为一个和太阳同等质量 的天体，如果半径只有3公里，那么这个天体是不 可见的，因为光无法逃离天体表面。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 ”。
1、黑洞最重要的一个物理 特性之一，就是引力透镜 作用，光线会受到黑洞引 力的作用改变运行轨迹， 这使得我们可以看到远方 星系的侧面甚至后面。如 果光线的路径经过黑洞的 引力视界，那么它将无法 逃逸。
9
• 2、黑洞不会把整个宇宙都吞噬掉，目前所 有的星系中心都有一个超大质量黑洞，吞 掉整个星系是迟早的，但这也是很漫长的 过程。但星系之间的距离太遥远了，接下 来宇宙会如何演化，会停止膨胀转向收缩 吗？另外黑洞质量也不会无限制增加
16
分类 超重黑洞 中介质量黑洞 恒星黑洞 微型黑洞
黑洞分类
质量 ~105–1010 M太阳 ~103 M太阳 ~10 M太阳
up to ~M月球
大小 ~0.001–400 AU ~103 km ≈ R地球
~30 km up to ~0.1 mm
17
质量达到太阳十倍的黑洞
18
超大质量黑洞从吸积盘中吸积的 概念图
• 3、如果远方星体发出的光线，经过2个以 上的黑洞恰好到达地球被我们观测到，也 是完全可能的。
10
黑洞的特点
、 • 1 广义相对论语言的一种特别致密的暗天
体。大质量恒星在其演化末期发生塌缩，其物质 特别致密，它有一个称为“视界”的封闭边界， 黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至 于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱 。形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量，当然 ，这是最后的星核质量，而不是恒星在主序时期 的质量。除了这种恒星级黑洞，也有其他来源的 黑洞——所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期，而 所谓超大质量黑洞可能存在于星系中央。