第二章 黑洞
黑洞系列课件ppt
黑洞与星系的形成
黑洞强大的引力可以影响其周围的星 体运动，这种运动状态又会对星系的 形成产生影响。
在宇宙演化过程中，超大质量黑洞的 存在有助于吸引周围物质，形成恒星 和行星等天体，进而形成完整的星系 。
黑洞与宇宙演化
黑洞作为宇宙中强大的引力源，对宇宙的整体演化具有重要 影响。
通过对黑洞的研究，科学家可以更深入地理解宇宙的起源、 演化和终极命运。
力透镜”现象。
03
时空曲率影响黑洞周围物质 的旋转速度和运动轨迹。
黑洞的热性质
尽管黑洞不发出可见 光，但它们会释放出 X射线和伽马射线等 辐射。
黑洞的热量与其质量 有关，质量越大，热 量越高。
黑洞的强大引力会导 致其内部物质加速旋 转和摩擦，产生热量 。
黑洞的辐射
黑洞会释放出能量辐射，这些辐 射来自黑洞内部的物质和能量。
理论突破
随着理论物理的发展，对 黑洞的本质和性质将有更 深入的理解。
多波段观测
未来将加强多波段、多角 度的观测，以更全面地揭 示黑洞的奥秘。
05
黑洞与科幻文学艺术
科幻文学中的黑洞描绘
科幻小说中的黑洞描绘
黑洞在科幻文学中通常被描述为吞噬一切物质的神秘天体，同时也被赋予了超 光速旅行、时空穿越等神奇的功能。
在电影中，黑洞往往作为一个重要的元素推动故事情节的发展，如《星际穿越》 中通过黑洞穿越到其他星系寻找适合人类生存的星球。
艺术中的黑洞创意
黑洞主题的艺术创作
艺术家们以黑洞为主题进行创作，通过 绘画、雕塑、装置艺术等形式展现黑洞 的神秘和壮丽。
VS
黑洞在音乐创作中的表现
音乐家们也尝试将黑洞的魅力融入到音乐 中，通过音乐表达对宇宙和生命的思考。
黑洞 ppt课件
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
爱因斯坦－罗森桥
虫洞与黑洞、白洞的接 口是一个时空管道和两 个时空闭合区的连接， 虫洞的时空曲率并不是 无限大，因而我们可以 安全地通过虫洞，而不 被巨大的引力摧毁。
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
超时空旅行
科学家设想，应用虫洞或爱因斯坦－罗森桥，可能克服遥远的可见 和漫长的时间障碍，实现“超时空旅行”。
拉普拉斯和米切尔还猜想到这类巨大的 暗天体可能像恒星一样众多
史瓦西预言的黑洞
(1). 爱因斯坦广义相对论关于“质量引起时空弯曲”
史瓦西预言的黑洞
(2). 史瓦西预言的黑洞
德国天文学家卡尔·史瓦西（1873—1916年）通过 计算爱因斯坦方程后预言：
如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇 异现象，即在质点的周围存在一个界面──“视界”， 一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。
惠勒将黑洞的这种特征称为“黑洞无毛”（也可以 说只有M,Q,J三根毛），后来被人们称为“黑洞无毛定 理”。
黑洞的观测与发现
核
观测黑洞的方法
心
喷
2.探测方法与手段: 间接推测
流
现 象
引力透镜现象
异常X射线源及γ射线源
M87及其喷流的X射线照片
黑洞的观测与发现
（1）天鹅座X-1号的双星系统 黑洞候选者
米切尔预言的黑洞
1783年，他在英国皇家学会会议上发布：
一个密度与太阳相同，而半径为太阳500倍的星 球，会使朝它下落的物体，在到达星球表面时的速度 超过光速。所以，假定光也像其他物体一样被与惯性 力成正比的力所吸引，那么，所有从这个星球发射的 光将被星球自身的引力拉回来。
依据：围绕星体运动物体的向心力和引 力公式推算
《第一推动丛书宇宙系列黑洞与时间弯曲》记录
《第一推动丛书宇宙系列黑洞与时间弯曲》读书札记1. 内容概括《第一推动丛书宇宙系列黑洞与时间弯曲》是一本探索宇宙奥秘的杰作，它详细阐述了黑洞与时间弯曲的理论，以及它们在宇宙中的重要地位。
本书通过深入浅出的方式，引导读者进入一个神秘而迷人的宇宙世界。
在阅读过程中，我被作者对宇宙深邃的洞察力和严谨的科学态度所折服。
这本书不仅让我对黑洞和时间弯曲有了更深入的了解，还激发了我对未知宇宙的好奇心。
对于任何对宇宙科学感兴趣的人来说，这本书都是一本不可多得的宝典。
《第一推动丛书宇宙系列黑洞与时间弯曲》是一本极具启发性的科普读物。
它以通俗易懂的语言，揭示了宇宙中最引人入胜的秘密之一。
通过阅读这本书，我深刻体会到了科学探索的乐趣和意义，也更加期待未来能发现更多关于宇宙的奥秘。
1.1 黑洞简介又称为引力透镜或事件视界，是一种极度密集的天体，其引力如此之强，以至于连光都无法逃脱。
黑洞的存在最早是由爱因斯坦的广义相对论预测的，该理论解释了引力如何影响物体的运动和形状。
在广义相对论中，黑洞是一个区域，其中引力场的强度如此之大，以至于任何物体(包括光线)都无法逃脱其吸引。
黑洞被称为“宇宙中最强大的引力陷阱”。
尽管黑洞本身不能直接观测到，但它们对周围环境的影响是显而易见的。
黑洞的引力可以扭曲周围的时空结构，使光线发生弯曲。
这种现象被称为引力透镜效应，已被天文学家用于研究遥远星系中的星系形成和演化以及探测宇宙中的暗物质。
1.2 时间弯曲的概念在宇宙探索的旅程中，时间弯曲这一概念为我们揭示了宇宙的另一层神秘面纱。
在《第一推动丛书宇宙系列黑洞与时间弯曲》作者深入解析了时间弯曲的物理学含义及其背后的宇宙奥秘。
一直以来被认为是绝对存在的，是宇宙万物发展的记录者。
在探索宇宙的深处时，科学家们发现，时间与空间并非我们想象中的那样固定不变。
在强大的引力场，如黑洞附近，时间可能会呈现弯曲的现象。
时间弯曲意味着时间的流逝在不同的地方有不同的速度，这为我们理解宇宙的相对性提供了重要的视角。
时间简史探索宇宙的奥秘
时间简史探索宇宙的奥秘时间，它如同一个没有止境的无底洞，引发了人类对宇宙起源、演化以及未来命运的思考。
作为人类最伟大的科学家之一，英国理论物理学家斯蒂芬·霍金的《时间简史》为我们揭示了宇宙的奥秘，并带领我们踏上了一段惊险而迷人的科学之旅。
第一章：宇宙形成之谜当我们回望宇宙的起源时，我们发现自大爆炸（Big Bang）发生至今已经过去了约138亿年。
世界从一次微小而极度高能的点爆发，并以惊人的速度膨胀，创造了我们所熟知的宇宙。
然而，这一过程仍然充满了许多未解之谜。
科学家们普遍认同的观点是，在大爆炸之前，宇宙内只有一种叫做奇点的极度高能密度状态，其中时间和空间均无法被量化。
然而，我们对于奇点之前的情况并不清楚，目前的科学理论也无法解释大爆炸之前的时间。
第二章：黑洞与时间旅行黑洞是宇宙中最神秘而又充满吸引力的存在之一。
它是一种密度极高的天体，如同一个巨大的重力陷阱，吞噬一切距离它过近的物质。
当一个物体被黑洞吞噬时，它似乎消失在宇宙的时间和空间中。
然而，霍金的研究揭示了黑洞的另一面。
他提出黑洞并非完全吸收物质，而是通过辐射将能量释放出去。
这一理论被称为霍金辐射，并对黑洞的研究产生了深远的影响。
在时间简史中，霍金还提到了一种令人兴奋的概念：时间旅行。
他认为，在黑洞的辐射作用下，可能会出现一种造成时空扭曲的现象，使人类有望实现时空的跳跃。
尽管这种理论尚未被实现，但它激发了无数科学家和科幻爱好者对于时间旅行的向往和探索。
第三章：量子力学中的时间量子力学是描述微观世界的物理学理论，它亦对时间的性质提出了独特的见解。
根据量子力学的观点，我们无法精确测量或预测事件发生的时间，因为时间的测量本身就受到了不确定性的限制。
而在时间的世界中，存在着一种称为时间箭头的现象。
时间箭头指的是时间只能向前流动的规律。
然而，为何宇宙中只有时间向前流动，而非反向流动，尚未得到完全的解释。
科学家们正在努力寻找答案，以揭示时间箭头背后的奥秘。
探索自然奥秘揭开大自然的神秘面纱
探索自然奥秘揭开大自然的神秘面纱探索自然奥秘揭开大自然的神秘面纱自然界无疑是一个令人惊叹而神秘的地方。
我们周围充满了许多不解之谜，无论是微观的分子结构还是宏观的宇宙结构，每一片物质背后都蕴藏着精彩的故事和奥秘的秘密。
本文将带您探索自然奥秘，并揭开大自然的神秘面纱。
第一章：微观世界的神秘面纱微观世界是自然界中最神秘的领域之一。
原子和分子构成了一切物质，但它们的内部结构又是如何的呢？科学家通过不懈努力，揭示了原子结构的奥秘。
自从道尔顿提出原子理论以来，人们逐渐认识到原子由电子、质子和中子组成。
然而，更深入的研究发现，原子中的核心是由更微小的粒子构成的。
量子力学是解开微观世界奥秘的一把钥匙。
它揭示了微观粒子的双重性质，既有波动性又有粒子性。
著名的双缝实验证明了光和其他微观粒子可以同时存在于多个位置，这引发了人们关于现实世界的哲学思考。
我们不禁惊叹于微观世界的神秘性，对其探索也从未停止。
第二章：浩瀚宇宙的背后宇宙是另一个充满奥秘的领域。
我们的星球地球仿佛只是宇宙中微不足道的一颗星球。
我们一直试图了解宇宙的起源、演化以及精确的结构。
大爆炸理论是揭开宇宙奥秘的重要理论之一。
根据这个理论，宇宙起源于一个极度炽热、密度极高的点，随后经历了一系列膨胀和冷却的过程。
宇宙中绚丽多彩的星系和恒星的形成、行星的诞生都与这个理论紧密相连。
黑洞是宇宙中最神秘的天体之一。
它们的强大引力无法逃逸，甚至连光线都被吞噬。
黑洞的内部也是一个谜，据信它们可能通向不同的时空。
科学家们通过观测暗物质和暗能量的分布，试图理解宇宙中黑洞的奥秘。
第三章：生命诞生的奥秘生命的起源一直是科学研究的焦点之一。
虽然人类迄今为止还未完全解开这个谜题，但我们已经取得了一些进展。
分子生物学揭示了生命内部的一些秘密。
我们知道DNA是生命的基本遗传物质，它是如何编码和传递信息的。
通过研究细胞的结构和功能，我们了解到细胞是生命的基本单位，各种蛋白质和酶的作用为生命的正常运作提供了重要的支持。
天文科学故事
天文科学故事《黑洞的秘密》黑洞是宇宙中最神秘的天体之一，它们的存在和性质一直引起了人类的好奇和探索。
黑洞是由极端的引力塌缩而形成的，它们的密度和重力如此之大，以至于连光都无法逃逸。
黑洞的边界被称为视界面，它是黑洞的“无返回点”，一旦任何物质或辐射进入视界面，就永远无法再出来。
黑洞的内部结构是一个谜，科学家们无法直接观测或测量黑洞的内部情况，只能通过黑洞对周围环境的影响来推断黑洞的特征。
黑洞的周围通常有一个旋转的盘状结构，称为吸积盘，它是由黑洞吸引的物质组成的，这些物质在高速旋转时会发出强烈的电磁辐射。
黑洞还会产生两个相对于吸积盘垂直的喷流，它们是由黑洞的旋转和磁场加速的高能粒子组成的，它们可以延伸到数千光年的距离。
黑洞的大小和质量可以有很大的差异，根据不同的形成过程和环境，黑洞可以分为三种类型：恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。
恒星级黑洞是由大质量恒星在死亡时爆发为超新星而形成的，它们的质量大约是太阳的几倍到几十倍，它们的视界面的直径大约是几十公里。
中等质量黑洞是由恒星级黑洞的合并或星团的塌缩而形成的，它们的质量大约是太阳的几百倍到几千倍，它们的视界面的直径大约是几百公里。
超大质量黑洞是由中等质量黑洞的合并或早期宇宙的密度波动而形成的，它们的质量大约是太阳的几百万倍到几十亿倍，它们的视界面的直径大约是几百万公里到几十亿公里。
超大质量黑洞通常位于星系的中心，它们对星系的形成和演化有着重要的影响。
黑洞的研究是天文学的一个前沿领域，科学家们利用各种方法和手段来探测和理解黑洞的性质和行为。
例如，通过引力波望远镜，科学家们可以捕捉到黑洞的合并和碰撞所产生的引力波信号，从而揭示黑洞的质量、自旋和位置。
通过射电望远镜阵列，科学家们可以拍摄到黑洞的视界面的影像，从而验证黑洞的存在和相对论的预测。
通过X射线望远镜，科学家们可以观测到黑洞的吸积盘和喷流的辐射，从而推断黑洞的温度、磁场和能量。
黑洞的秘密还有很多，科学家们还在不断地探索和发现黑洞的奇妙和神奇，黑洞的故事还在继续，让我们一起期待更多的惊喜和启示！《天文奇旅：揭开宇宙的神秘面纱》第一章：星空之梦在一个遥远的星球上，有一个叫阿里的男孩。
时间简史导读
时间简史导读本导读旨在简要介绍《时间简史》一书的内容，并为读者提供对这本重要的科学著作有一个整体的了解。
《时间简史》是英国物理学家史蒂芬·霍金所著，于1988年出版。
这本书以通俗易懂的语言向读者介绍了宇宙的起源、演化和结构。
以下是该书的大致内容梗概。
第一章：宇宙的诞生霍金在本章中引出了宇宙起源的问题，并介绍了宇宙大爆炸理论。
他解释了宇宙起源于一个初始奇点，以及时间和空间的起源。
他以简洁的语言带领读者进入了宇宙的宏伟世界。
第二章：广义相对论本章中，霍金详细介绍了爱因斯坦的广义相对论。
他解释了引力是由物体间曲率的时空造成的，并探讨了黑洞的性质。
他以想象力丰富的例子来帮助读者理解这一复杂的理论。
第三章：粒子物理学霍金在这一章中讨论了基本粒子和它们之间的相互作用。
他提到了标准模型，并介绍了强、弱和电磁相互作用的基本原理。
对于非专业读者而言，这是一次对微观世界的引人入胜的探索。
第四章：黑洞本章中，霍金探讨了黑洞的性质，并介绍了他的黑洞辐射理论。
他以清晰的方式解释了黑洞的形成和演化，并分享了对这些引力巨兽的研究见解。
第五章：宇宙演化的历程霍金在这一章中回顾了宇宙的演化历程。
从宇宙大爆炸开始，他详细讲述了宇宙的膨胀、星系的形成以及各种宇宙现象的发展。
他带领读者穿越时间和空间，了解宇宙的奥秘。
第六章：时间箭头在本章中，霍金探讨了时间的不可逆性。
他解释了熵增原理，并讲述了时间箭头的概念。
他还提到了时间在宇宙演化中的特殊性，以及与物理学和哲学相关的问题。
第七章：量子引力霍金在这一章中介绍了量子引力理论的尝试。
他提到了自旋网络理论和弦理论等在解释引力与量子力学之间关系方面的努力。
这是一个对科学家挑战极限的领域。
最后，霍金在《时间简史》中探讨了更多的话题，包括多元宇宙、时间旅行等。
他以敏锐的洞察力和丰富的科学知识，给读者带来了一场思维的盛宴。
读者通过阅读《时间简史》可以对现代物理学和宇宙科学有一个清晰的了解。
范德瓦尔斯黑洞的几何热力学
范德瓦尔斯黑洞的几何热力学
几何热力学方法是近年来研究黑洞和普通物理系统的热力学特性的一种新的方法。
通过这种方法,我们可以把任意热力学系统对应的热力学相空间几何化,引入对应的热力学度规,将热力学问题转化为几何问题进行研究。
利用这种方法得到的相空间几何特性与系统的热力学性质之间有一个很好的对应关系。
这种对应关系经由大量工作验证,对于不同热力学系统具有普遍性,且与其他方法得到的结果是一致的。
在第二章中,我们介绍四维时空中一类特殊的静态球对称渐进AdS黑洞,即范德瓦尔斯黑洞。
这种黑洞的特殊之处在于当我们将宇宙常数项处理为热力学压强时,写出的黑洞状态方程与范德瓦尔斯流体的状态方程形式完全一致。
因其构建方法比较特殊,需要将黑洞状态方程的一般形式与范德瓦尔斯状态方程相结合解方程,所以还要去检验其是否满足能量条件。
在第三章中,我们研究了范德瓦尔斯黑洞的几何热力学性质,分为几种不同情况,讨论参数a,b取不同值对其热力学性质的影响。
经计算,我们发现它的热力学特性与范德瓦尔斯流体的热力学特性确实存在相似性。
’借助状态方程,我们可以构建普通热力学系统与黑洞之间的一种对应关系。
当范德瓦尔斯状态方程退化为理想气体方程时,范德瓦尔斯黑洞也将退化为平面对称的施瓦西AdS黑洞,该黑洞的热力学特性与理想气体之间存在相似性。
范德瓦尔斯黑洞与范德瓦尔斯气体的对应关系在极端情况下仍被保留下来。
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两种力量的较量
(2).恒星演化的最终产物
内部的核燃料耗尽时，热核反应熄火，外向的辐 射压消失，失去了抗衡而大获全胜的引力使红巨星发 生急剧的坍缩，坍缩又引起反弹和爆发，爆发使大量 物质被抛射。
坍缩和爆发的压力进而使核心被压缩成致密的星 核，而致密星核又分化为白矮星、中子星、黑洞。
质量小于3.5 m⊙的恒星历经 红巨星阶段，演化成白矮星
2Gm r 2 c
天体半径达到左式范围时光线也 无法逃脱 令v=c，该式就变为拉普拉斯公式
美国物理学家惠勒（J.A.Wheeler）将这类天体命名为“黑洞” （Black Holes）
史瓦西预言的黑洞
(3).质量足够大或者体积足够小的恒星都能演化成黑洞
质 量 不 变
太阳
压缩
到半径3km时
黑洞
到半径3mm时
电脑绘制的虫洞
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
爱因斯坦－罗森桥 虫洞就是源于宇宙泡之间的隧道，并且可能不止一条，有的并不通向另 外的宇宙泡，而只连同自身的两部分，就像“手柄”。虫洞的端口就是 黑洞和白洞，就是源和汇。在这里，虫洞成为一个连接黑、白二洞的， 物质在黑洞的奇点处被瓦解为基本粒子，然后通过爱因斯坦－罗森桥被 传送到白洞辐射出去。
查阅浏览作业：利用搜索引擎搜索查阅“超空间发动机”和“超时空旅 行”内容，并归纳主要思想。
谢谢！
（2）LMCX-3双星中的暗星
黑洞候选者
强X射线源LMCX－3中含有一颗质量大约为10个太阳质量的黑洞。
银河系附近的“大麦哲伦云”星系发现的第二可能的黑洞
黑洞的观测与发现
（3）麒麟座X射线新星A0620－00
黑洞候选者
在麒麟座距地球约3000光年外，发现了X射线源 A0620―00，其质量在3.2 -7 m⊙之间，可能是已知离 地球最近的候选者。
地球
表一
主序星、白矮星、中子星、黑洞时的尺度与密度
白矮星 1万千米 ~1 T / cm3 中子星 10千米 ~1 亿吨 / cm3 黑洞 3千米 ~100 亿吨 / cm3
角色 半径 平均密度
主序星（太阳） 70万千米 1.4 g / cm3
两种力量的较量及结局
(1). 引力与斥力的较量
天 体 内 部
由爆发星系、星系碰撞及巨大能量活动能够形成“超级大黑 洞”，一般存在于星系核心。银河系及许多星系中心都存在着 超级大黑洞，最大的达到30亿倍太阳质量，1小时吞吃600个地 球质量的物质。银河系中心的超大黑洞，据推测每小时吞噬4个 地球。
原始黑洞 霍金辐射 霍金辐射 黑洞并不是没有任何辐射。 牛津大学的彭若斯、美国物理学家米斯纳等人论证，处于转动的、 带电的激发态黑洞存在超辐射和自发辐射，并且这类辐射可以带走黑洞 的转动能、电磁能和电荷，导致黑洞转速减慢、电荷减少、能层变薄， 直到蜕化为不转动、不带电的史瓦西黑洞。
激发态黑洞
辐射
带走转动能 电磁能和电荷
蜕化
史瓦西黑洞
1974年，在提出原始黑洞的概念后，霍金（Steven Hawking）应用 量子场论的方法推证得出，一定质量的黑洞都有一定的温度，因而能发 出热辐射，被人们称为霍金辐射。
黑洞蒸发
黑洞的热辐射与其质量有关。质量越大温度越低， 辐射越弱；质量越小，温度越高，辐射越强。有效的热 辐射会使质量亏损。
微小质量黑洞簇射地球大气层
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
白洞 20世纪60年代初，前苏联的诺维可夫和以色列的尼曼等人又根据爱 因斯坦场方程的史瓦西解提出了白洞的模型。黑洞是宇宙中吞食物质和 光的“陷阱”，是最“自私”的怪物；白洞却是宇宙中最“慷慨”的天 体，各类高能物质乃至光线从这个源涌向宇宙，包括外来的物质和能量 它也一概加以排斥。
原始黑洞特点
原始黑洞有如下特点： a. 具有较高温度，“放出物质和辐射” b. 吸积效应小于发射效应，可以蒸发消失
发射效应与吸积效应
质量足够大的黑洞来说，无论它们是在宇宙早期形成的还是 后来在超新星爆发时产生的，其质量增大的速率超过了其自身蒸 发的速率，只有一天天长大。粗略的估算，质量小于1012kg的黑 洞已经蒸发掉了，质量在1012~1023kg之间的黑洞现在正在蒸发， 而质量在1023kg以上的黑洞，包括由恒星演化形成的“第二代” 黑洞，则正在吸积物质不断长大。
惠勒将黑洞的这种特征称为“黑洞无毛”（也可以 说只有M,Q,J三根毛），后来被人们称为“黑洞无毛定 理”。
黑洞的观测与发现
观测黑洞的方法
2.探测方法与手段: 间接推测
引力透镜现象
核 心 喷 流 现 象
异常X射线源及γ 射线源 M87及其喷流的X射线照片
黑洞的观测与发现
（1）天鹅座X-1号的双星系统
黑洞候选者
1966年探测到天鹅座X-1号星，质量约为7-14m⊙，射出强 烈的X射线、γ射线。1971年，X射线天文卫星“自由号”在观 察天鹅座X-1号星后证实：看得见的那一颗是蓝色的超巨星；
1976年11月美国发射的“高能天文台一2”号卫星，已经拍摄 到这颗黑洞的照片。这是第一个可能的黑洞。
黑洞的观测与发现
黑洞、白洞、虫洞与时空旅行
虫洞 虫洞概念的出现，几乎与黑洞同时。
如果恒星形成了黑洞，那 么时空在史瓦西半径即视界的 地方与原来的时空垂直。在不 平坦的宇宙时空中，这种结构 就意味着黑洞视界内的部分会 与宇宙的另一个部分相结合， 然后在那里产生一个洞。这个 洞可以是黑洞，也可以是白洞。 而这个弯曲的视界，就叫做史 瓦西喉，它就是一种特定的虫 洞。
二、观测与发现
观测黑洞的方法 1．黑洞无毛定理
由于黑洞及其视界以内吸引一切，所以我们无法 看到它的真面目。按照现行的物理理论，黑洞强大的 引力场足以摧毁其内部的一切物质形态，扫去一切复 杂的物质结构，刮去了“毛发”，使结构变得简单， 只剩下了质量、电荷及角动量，知道了这三个参量， 也就知道了它的一切。
质量在3.5～8 m⊙之间的恒星 最终经历超新星爆发，进而形成中子星
质量大于8 m⊙，晚期爆发后 其核心区最终形成黑洞
中子星的奥本海默极限
奥本海默1904～1967）在1939年研究提出
如果中子星的质量超过3.2 m⊙（精细的模型给出 值在2～3 m⊙之间），则其的中子间的泡利斥力就再也 阻挡不住星体引力坍缩，会进一步被压缩成一个体积 很小而质量巨大的高密度引力源——黑洞。上述3.2 m⊙（常记作3）的中子星界限被称作“奥本海默极限”， 任何超此极限的恒星都难以停留在中子星阶段。
黑洞的观测与发现
（4）银河系的1E1740.7-2942
黑洞候选者
1990年发现了一个较强的X射线和γ射线源，它距银河系 中心不到300光年，暂时代号为1E1740.7-2942
黑洞的观测与发现
黑洞候选者
（5）遥远星系（M87）的中心黑洞
1994年，哈勃太空望远镜拍摄到，在距离地球约5000万光年的椭圆星系M87 中，一团宽约1.6亿公里的灼热气体形成的吸积盘正在环绕其中心旋转 每秒竟达约500公里的旋转速率表明，它可能有一个量级可达109 m⊙的超 大质量黑洞。
向内收缩
来源 向外扩张
万有引力 物质粒子之间的斥力 黑 洞 内 部 未 知
主序星的扩张斥力来自热核反应导致的粒子间的 高温热运动形成的辐射压，辐射压与引力压平衡； 白矮星阻止自身发生引力坍缩的外向斥力， 主要来源于高密度电子间的泡利斥力； 中子星阻止自身发生引力坍缩的外向斥力 则来自中子之间的泡利斥力（简并压）；
现代科学技术概论
大连大学 现代科学技术概论教学团队 2008年９月
一、宇宙篇
太 阳 系 宇宙黑洞
起源与演化
探索地外生命
宇宙篇
授课教师：刘金寿
目
一、科学家的预言 二、观测与发现
录
三、黑洞的类型 四、白洞、虫洞与时空旅行
宇宙黑洞
什么是黑洞？ 怎样观测和发现黑洞？ 黑洞有那些类型？ 有白洞吗？
一、科学家的预言
M87及其喷流的X射线照片
这是1995起用4年时间拍摄的照片
三、黑洞的类型
史瓦西黑洞（基态的黑洞）
史瓦西黑洞属于“寻常黑洞”。原星质量大于8 m⊙的恒星， 其引力坍缩的最终结局会形成黑洞。
黑洞的类型
克尔黑洞（旋转的黑洞）
黑洞的类型
雷斯勒―诺斯特朗姆黑洞（带电的黑洞）
黑洞的类型
超级大黑洞（星系级超级大黑洞）
依据：围绕星体运动物体的向心力和引 力公式推算 拉普拉斯和米切尔还猜想到这类巨大的 暗天体可能像恒星一样众多
史瓦西预言的黑洞
(1). 爱因斯坦广义相对论关于“质量引起时空弯曲”
史瓦西预言的黑洞
(2). 史瓦西预言的黑洞
德国天文学家卡尔·史瓦西（1873—1916年）通过 计算爱因斯坦方程后预言： 如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇 异现象，即在质点的周围存在一个界面──“视界”， 一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。
拉普拉斯预言的黑洞
宇宙中存在着奇异暗星
1798年，法国拉普拉斯预言： 一个与地球密度相同，而直径为太阳250倍的星球， 它发射的光将被其自身的引力拉住而不能被我们接收。 宇宙中最明亮的天体很可能是看不见的。
v1
光速
2GM R
米切尔预言的黑洞
1783年，他在英国皇家学会会议上发布：
一个密度与太阳相同，而半径为太阳500倍的星 球，会使朝它下落的物体，在到达星球表面时的速度 超过光速。所以，假定光也像其他物体一样被与惯性 力成正比的力所吸引，那么，所有从这个星球发射的 光将被星球自身的引力拉回来。
黑洞寿命
黑洞的寿命与其质量的立方成正比，质量越 小蒸发的越快，寿命就越短。一个质量为1吨的 黑洞会在10-10秒内蒸发光，质量为100万吨的黑 洞只能存在10年，初始质量为10亿吨（相当于一 座山的质量，大小如同质子）的黑洞，寿命有 150亿年；而一个1 m⊙黑洞的寿命是1066年！这巨 大的数字并不意外，因为黑洞的蒸发是通过“隧 道效应”泄出辐射的量子效应，只发生在量子尺 度上。