黑洞、白洞和虫洞共41页文档
尔雅《星海求知：天文学的奥秘》期末考试答案之欧阳治创编
姓名：班级：默认班级成绩：100.0分一、单选题（题数：50，共 50.0 分）1黑洞、白洞和虫洞当中，目前可以视为已经有观测证据的是()。
1.0分我的答案：A2在个人画作中直接记录了“哲学三问”的著名画家是（）。
1.0分我的答案：B33K宇宙背景辐射发现的故事经历，与下列哪一句中国古诗最为巧合？（）1.0分我的答案：D4类星体的结构中，数量不止一个的是（）。
1.0分我的答案：C5开普勒探测器瞄准的天区在星空中位于（）星座之间。
1.0分我的答案：B6以下现象，不是由太阳活动导致的是（）。
1.0分我的答案：D7银河在星空中的“流域”没有涵盖哪个星座？（）1.0分我的答案：B8以下生物组合与“动物-植物-真菌-原核生物-原生生物”的分类顺序不一致的是（）。
1.0分我的答案：B9由于星云通常含有厚重的尘埃，因此，需要对星云展开哪种波段的电磁波的观测才能更好地观测到恒星的生长状况？（）1.0分我的答案：D10视向速度法确定系外行星的测定原理包括（）。
1.0分我的答案：B11奥尔特云的特点不包括（）。
1.0分我的答案：D12太阳的寿命预计还有（）亿年。
1.0分我的答案：B13蒭藁型变星的变光周期不可能是（）天。
1.0分我的答案：A14星云与云的区别不包括（）。
1.0分我的答案：C15以下传统黄道十二星座中，中文名称与天文学所用的星座名称一致的是（）。
1.0分我的答案：D16中国古人记载的公元185年超新星爆发的文字中，有可能反映了恒星化学组成的变化的语句是（）。
1.0分我的答案：C17关于“七月流火”的解释，正确的是（）。
1.0分我的答案：D18气球模型与宇宙膨胀的相似之处，错误的是（）。
1.0分我的答案：D19计算绝对星等的公式M=m+5-5lgD中，距离D应该使用单位（）。
1.0分我的答案：C20哪台大望远镜是欧空局所有的？（）1.0分我的答案：B21Ia型超新星与（）定律所描述的经典情况并不一致。
1.0分我的答案：D22中国古典四大名著当中，关于著名疏散星团M45的最精彩的故事发生在（）一书中。
奇妙的物理
第一个故事：黑洞与白洞宇宙中的黑洞，能把靠近它的一切物质吸进去，因此黑洞是不发光的，非常难找。
而白洞正好相反，能把靠近它的一切物质都吐出去，因此白洞的光芒非常耀眼。
你猜，图中蓝色和红色的模拟图，哪个是黑洞？哪个是白洞？科学家猜想：黑洞吸收的能量最终通过某个渠道输送到了白洞，从白洞喷射出来。
黑洞所处的空间是母体宇宙，白洞所处的空间是婴儿宇宙，是黑洞孕育了我们所了解的宇宙。
而那个输送能量的渠道，就是科幻大片中的“时间虫洞”。
第二个故事：白玉城堡的传说新疆省的和田县，是中国盛产美玉的地方，尤其是羊脂白玉，可谓价值连城。
小小的一块羊脂白玉，可能卖出上百万人民币的高价。
传说，古代新疆有个住在高山上的暴君，逼迫人民用整块的羊脂白玉为他建造了一座城堡，里面藏有无数珍宝。
然而千百年后，人们却始终找不到这座白玉城堡。
即使高山太多，交通不便，也不至于用望远镜也看不到城堡的一点点踪迹吧？科学家用一个词解释：色差。
第三个故事：海市蜃楼平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶尔会在空中或地下出现高大楼台、城廓、树木等幻景，称为海市蜃楼。
我国广东汕头南澳岛、惠来澳角、山东蓬莱、浙江普陀海面上常出现这种幻景，古人归因于蛤蜊之属的蜃，吐气而成楼台城廓，由此得名。
然而，懂物理的科学家却给出了另一种解释。
请看下一页。
海市蜃楼是一种光学幻景，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。
根据物理学原理，海面冷空气盘旋，空气密度很大；高空暖空气上升，空气密度很小。
光线喜欢射到空气密度大的下方去，于是下方的折射率就大；不喜欢跑到空气密度小的上空去，于是上空的折射率就小。
光线向下屈折，反射到头上的天空，就出现了海市蜃楼。
第四个故事：冰激凌和过桥米线清朝有个大臣叫林则徐，是著名的清官和聪明人。
他非常反感英国人，因为英国的鸦片贩子为了赚钱，不择手段地往中国走私鸦片，害我们损失了大量的白银，害无数老百姓家破人亡。
有一次，林则徐接见一个英国商人，商讨禁止贩卖鸦片。
黑洞白洞和虫洞优质PPT课件
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
• 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，
• 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。
• 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、白洞和虫洞
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
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。
固定轴环绕
年轻白矮星
白矮星吃彗星
一对投石器
正在形成的白矮星
• 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。
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。
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：
hell's gate 原理
"Hell's Gate"（地狱之门）是指一种理论上的物理现象，它涉及到黑洞和白洞之间的连接。
黑洞是一种极度强大的引力场，它吞噬一切物质和能量，甚至连光都无法逃脱。
而白洞则是黑洞的反面，它释放出物质和能量，类似于一个巨大的喷泉。
根据理论，黑洞和白洞之间可能存在一种称为"虫洞"（wormhole）的连接通道。
虫洞是时空的一种曲折结构，可以将两个不同的地点或时刻连接起来，形成一种快速的通道。
"Hell's Gate"的原理就是通过虫洞连接黑洞和白洞，使得黑洞的引力场和白洞的物质和能量释放相互作用。
这种相互作用可能导致一系列的物理效应，例如释放出巨大的能量、产生强烈的引力波等。
然而，目前对于虫洞和"Hell's Gate"的存在与否还没有确凿的证据。
虫洞的理论仍然是一种假设，需要更多的研究和观测来验证。
同时，虫洞的稳定性和可控性也是一个重要的问题，因为目前我们还没有找到一种方法来稳定地创建和维持虫洞。
总之，"Hell's Gate"是一种理论上的物理现象，涉及到黑洞和
白洞之间的虫洞连接。
它的原理是通过虫洞使得黑洞和白洞的引力场和物质能量相互作用。
然而，目前对于虫洞和"Hell's Gate"的存在与否还需要更多的研究和观测来确定。
_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。
1 m⊙的黑洞热辐射极弱，只有10-6K的辐射温度，质 量损耗也很小；而10亿吨的小ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ洞，温度高达1012K，具 有明显的辐射效应和质量亏损。只有低于1020吨（相当 于月球质量，半径只有0.1mm）的小黑洞才能发生有效 的蒸发。
小黑洞的蒸发过程起初很慢，随着质量的消耗则越 来越快，最后发生强烈的爆炸，放出耀眼的光芒而消亡。
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。
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。
尔雅《星海求知：天文学的奥秘》期末考试答案之欧阳化创编
• 《星海求知：天文学的姓名： 班级：默认班级 成绩： 100.0分一、 单选题（题数：50，共 50.0 分）1黑洞、白洞和虫洞当中，目前可以视为已经有观测证据的是()。
1.0 分我的答案：A2在个人画作中直接记录了“哲学三问”的著名画家是（）。
1.0分我的答案：B33K宇宙背景辐射发现的故事经历，与下列哪一句中国古诗最为巧合？（）1.0分我的答案：D4类星体的结构中，数量不止一个的是（）。
1.0分我的答案：C5开普勒探测器瞄准的天区在星空中位于（）星座之间。
1.0分我的答案：B6以下现象，不是由太阳活动导致的是（）。
1.0分我的答案：D7银河在星空中的“流域”没有涵盖哪个星座？（）1.0分我的答案：B8以下生物组合与“动物-植物-真菌-原核生物-原生生物”的分类顺序不一致的是（）。
1.0分我的答案：B9由于星云通常含有厚重的尘埃，因此，需要对星云展开哪种波段的电磁波的观测才能更好地观测到恒星的生长状况？（）1.0分我的答案：D10视向速度法确定系外行星的测定原理包括（）。
1.0分我的答案：B11奥尔特云的特点不包括（）。
1.0分我的答案：D12太阳的寿命预计还有（）亿年。
1.0分我的答案：B13蒭藁型变星的变光周期不可能是（）天。
1.0分我的答案：A14星云与云的区别不包括（）。
1.0分我的答案：C15以下传统黄道十二星座中，中文名称与天文学所用的星座名称一致的是（）。
1.0分我的答案：D16中国古人记载的公元185年超新星爆发的文字中，有可能反映了恒星化学组成的变化的语句是（）。
1.0分我的答案：C17关于“七月流火”的解释，正确的是（）。
1.0分我的答案：D18气球模型与宇宙膨胀的相似之处，错误的是（）。
1.0分我的答案：D19计算绝对星等的公式M=m+5-5lgD中，距离D应该使用单位（）。
1.0分我的答案：C20哪台大望远镜是欧空局所有的？（）1.0分我的答案：B21Ia型超新星与（）定律所描述的经典情况并不一致。
黑洞_白洞
黑洞与白洞什么是黑洞呢？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，它就演化成为白矮星；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”。
白洞，是与黑洞性质刚相反的另一种特殊天体。
它拒绝任何外来物质进入它的内部，而只允许它里面的物质和能量向外辐射出去。
因此，白洞可以说是宇宙中一个发射物质和能量的“源泉”。
白洞也是很强的引力源，它可以被普通的恒星所吸引，也可以吸引其它天体。
周围的尘埃、气体和能量被它不断吸引到自己边界上来，但一概拒绝人内，只能在边界外停留，形成一个包围它的物质层。
白洞把这些物质加速到很高速度，使之具有一种向外喷射的趋势。
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”。
白洞，是与黑洞性质刚相反的另一种特殊天体。
它拒绝任何外来物质进入它的内部，而只允许它里面的物质和能量向外辐射出去。
因此，白洞可以说是宇宙中一个发射物质和能量的“源泉”。
关于寻找黑洞存在的证据（院士园地）（附图片）中国科学院院士陈建生作者简介：中国科学院北京天文台研究员，1 9 38 年7 月生，福州市人，1 9 6 3 年毕业于北京大学，1 9 9 1 年当选中国科学院院士，现任中国科学院天文专家委员会主任，中科院—北京大学联合天体物理中心主任，美国F u n d a m e n t a l o f C o sm i c P h y s i c s 学报编委等学术职务。
什么是黑洞？黑洞如何产生？黑洞有什么重要性质？是否已找到黑洞存在的证据？这些是公众所关心的问题，特别是寻找黑洞证据问题，去年以来成为国内外媒体热烈谈论的问题之一。
尔雅《星海求知：天文学的奥秘》期末考试答案之欧阳化创编
星系级黑洞的质量一般在数百万至数百亿倍太阳质量的范围。
（）1.0分我的答案：√3互扰星系的参与星系彼此之间已经发生了物质交换。
（）1.0分我的答案：√4太阳从出生到晚年，体积是一直在从小胀大的。
（）1.0分我的答案：×5比较高的温度会造成信号的信噪比降低，使得信号失真，因此需要对天线设施保持低温。
（）1.0分我的答案：√6月球的朔望周期与公转周期是一致的。
（）1.0分我的答案：×7太阳周年视运动指的是太阳在星空背景上以年为周期做周期性运动，是太阳的真实运动。
（）1.0分我的答案：×8星系中，越处于边缘的恒星的运动速度反而越接近最大速度，这与开普勒定律推出的体系是不一致的。
（）1.0分我的答案：√9星空周年运动是地球公转所造成的。
（）1.0分我的答案：√10所谓奇点，是时间的上限，而且没有空间，温度和密度都趋于无限大。
（）1.0分我的答案：√11南北回归线正是黄赤交角的体现。
（）1.0分我的答案：√12顾炎武“三代以上，人人皆知天文”说的是比夏商周三代更早的时期。
（）1.0分我的答案：√13电影《星际穿越》里的黑洞还需要辅以白洞（如果确实存在），才能让人类的飞船来回往返。
()1.0分我的答案：√14梅西耶天体一定在NGC星表中，反之则不一定。
（）1.0分我的答案：√15直到1968年美国天体物理学家惠勒提出“黑洞”这个名词，人们才开始对黑洞感兴趣。
（）1.0分我的答案：√162008年6月，Spitzer空间望远镜网站发布了其拍摄出来的银河系“轮盘”的正面（相对于侧面）照片。
（）1.0分我的答案：×17柳永“今宵酒醒何处？杨柳岸晓风残月”的日子再过一两天，有可能会发生日食。
（）1.0分我的答案：√18所有的星系都在退行，说明宇宙是在膨胀的。
（）1.0分我的答案：√19IAU-SETI先后通过21cm波段和射电波段向宇宙展开通讯，但迄今一无所获。
（）1.0分我的答案：√20“回到过去，杀死自己的祖父母”这一时间机器的佯谬的不可接受程度堪比相对论中的“双生子佯谬”。
白洞比黑洞恐怖1000000倍
白洞比黑洞恐怖1000000倍白的反面是黑，所以单从字面上来说，我们就知道，白洞与黑洞有着完全不同的性质，黑洞的照片都已拍摄下来，黑洞的存在也已得到证实，那么，白洞是否也存在？在宇宙中，黑洞是最恐怖的天体，因为它的引力场极其强大，甚至是以光速飞过的光线，只要是在黑洞的临界视界内，都不可能逃逸出来，所以说，黑洞是可以吞噬一切的无底洞，而且是只吞不吐。
但既然说到了白洞的物理特性与黑洞完全相反，那就意味着白洞是只吐不吞的。
那问题来了，如果真的只吐不吞，那源源不断的物质和能量又从何而来呢？于是，科学家们提出，白洞可以与黑洞相连，而连接的通道，就是虫洞，这就能很好地解释白洞中喷射出的物质来自何方，有人认为，黑洞，虫洞，白洞构成一个整体，而被白洞喷射出的物质又进入另一个宇宙，因此人类无法找到白洞。
但也有科学家认为，我们的宇宙诞生于白洞，对黑洞而言，由于其自身引力无限，因此会向内部吸收物质，对白洞而言，则是向外喷出物质，但白洞同样是一种强大的引力源，能将物质吸收到自身周围，形成物质层。
白洞只在理论上存在，还没有得到证实，根据相关理论，白洞也和黑洞一样，有一个密度无限大的奇点，时空曲率无限大，但与黑洞不同的是，黑洞的时空曲率正无穷大，而白洞则是负无穷大，因此，白洞具有巨大的排斥力。
为什么人类要提出白洞呢？这是因为上个世纪天文学家们发现了一种叫做类星体的星体，它们虽然体积很小，但光度极高，用现有的科学理论无法解释，曾经有科学家试图用黑洞理论来解释类星体的光度，他们认为这是由黑洞吞噬附近物质的时候一些被加速到很高的物质抛射而出形成的强光，但是一个体积并不大的黑洞，其形成的喷射流根本就不可能形成如此高的亮度。
因此，有人提出了白洞理论，如果白洞真的存在，那确实是很可怕的，因为白洞喷出的物质具有极强的能量，形象点来说，白洞就像是宇宙中的一门巨大的离子炮，任何在其射程范围内的星球，一旦被击中，立即就会灰飞烟灭，这样来看白洞确实比黑洞可怕多了。