宇宙起源
宇宙的起源和演化过程是怎样的
宇宙的起源和演化过程是怎样的1、宇宙的起源11 大爆炸理论目前，被广泛接受的宇宙起源理论是大爆炸理论。
根据这一理论，大约 138 亿年前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，瞬间产生巨大压力，之后发生了大爆炸。
大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。
12 奇点大爆炸起始于一个奇点，这个奇点具有无限的密度和温度，所有的物理定律在此都失效。
关于奇点的本质和形成机制，目前仍然是物理学和宇宙学研究的前沿课题。
13 早期宇宙的演化在大爆炸后的极短时间内，宇宙经历了快速的相变和粒子生成过程。
最初的几微秒内，强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用尚未区分，物质以夸克胶子等离子体的形式存在。
随着宇宙的冷却，夸克逐渐结合形成质子和中子。
2、宇宙的演化过程21 原初核合成大爆炸后约几分钟到 20 分钟，宇宙温度降低到足以进行核聚变反应，氢核聚变成氦核，形成了宇宙早期的元素丰度。
原初核合成产生的主要元素是氢和氦，以及少量的锂。
22 物质和辐射的主导时期在宇宙演化的早期，辐射的能量密度高于物质的能量密度，宇宙的演化主要由辐射主导。
随着宇宙的膨胀，辐射的能量密度迅速下降，而物质的能量密度下降相对较慢，大约在数万年之后，物质逐渐成为宇宙演化的主导因素。
23 结构形成随着宇宙的进一步冷却和膨胀，物质在引力的作用下开始聚集形成结构。
最初形成的是小型的气体云，这些气体云逐渐合并形成更大的星系团和星系。
星系内部的恒星通过核聚变反应产生更重的元素，并在恒星演化末期通过超新星爆发等过程将这些元素抛射到星际空间，丰富了宇宙的化学组成。
24 暗物质和暗能量观测表明，宇宙中存在大量的暗物质和暗能量。
暗物质不与电磁辐射相互作用，只能通过其引力效应被探测到。
暗能量则导致宇宙加速膨胀。
目前对暗物质和暗能量的本质还知之甚少，它们是当前宇宙学研究的重点领域。
关于宇宙起源的观点
关于宇宙起源的观点
宇宙起源的观点有多种，以下是常见的几种：
1. 大爆炸理论：大爆炸理论也被称为“宇宙起源理论”，认为宇宙诞生于约138亿年前一次巨大的爆炸，从而诞生了宇宙中的所有物体和能量，这种观点已成为宇宙起源的主流学说。
2. 稳态宇宙理论：它认为宇宙不存在起点和终点，因为宇宙中的物质和能量是不断自行产生与消失，而一直保持稳定状态，这种宇宙观点也曾经有过一定影响力。
3. 弦理论：弦理论主要是一种物理理论，其认为宇宙会随时间的流逝而不断地从一个形态演变到另一个形态，弦理论也提出了多维宇宙的假说。
4. 多元宇宙理论：多元宇宙理论认为，宇宙是由无限多个宇宙构成的，每个宇宙中的物理定律和自然规律都可能有不同，而我们所处的这个宇宙只是其中之一。
总之，关于宇宙的起源，科学界存在多种学说和解释，尚无定论。
但是，大爆炸理论和弦理论经过长期的研究和验证，已得到广泛认可和接受。
宇宙的起源;宇宙是如何形成的(宇宙是如何起源的)
宇宙的起源;宇宙是如何形成的
宇宙的起源一直是人类探索的重要课题，关于宇宙是如何形成的，科学界有着多种理论和假说。
在这篇文章中，我们将探讨几种主要的宇宙起源理论，以及它们对我们对宇宙起源的认识所产生的影响。
大爆炸理论是目前被广泛接受的宇宙起源理论之一。
根据这一理论，宇宙起源于约138亿年前的一次巨大爆炸，从一个极其高温高密度的状态开始膨胀。
随着时间的推移，宇宙逐渐冷却下来，并形成了我们今天所看到的星系、星云和行星等天体。
这一理论得到了大量观测数据的支持，成为解释宇宙演化的基础。
除了大爆炸理论，还有一种被称为“引力波”理论的宇宙起源假说。
根据这一假说，宇宙的形成是由于引力波在虚空中的振动引起的。
这些引力波的涟漪效应导致了宇宙的膨胀和演化。
虽然这一理论还在不断的观测和研究中，但已经引起了科学界的广泛兴趣。
此外，量子力学也提供了对宇宙起源的独特视角。
量子力学认为，宇宙的起源可能与虚空中的能量涌现和湮灭有关。
在量子尺度下，虚空并非空无一物，而是充满了各种粒子和能量波动。
这些微观的过程可能导致宇宙的产生和演化，为我们揭示了宇宙的更深层次。
综合来看，宇宙的起源是一个令人着迷的课题，各种理论和假说为我们提供了多种角度去理解宇宙的形成。
随着科学技术的不断进步和观测手段的提升，我们相信对宇宙起源的认识将会不断深化和完善，带给我们更多关于宇宙奥秘的启示。
愿人类的探索精神永不止步，揭开宇宙起源的神秘面纱，迎接更加辉煌的未来。
宇宙的起源
宇宙的起源宇宙的起源是什么？1.白洞你可能对黑洞比较熟悉。
大多数人也一样。
如果你不熟悉，这里有一个分类。
黑洞是一颗恒星死亡的结果，它创造了一个吸进光和它周围所有物质的洞。
白洞的工作方式正好相反。
他们不是把物质吸进去，而是把它吐出来。
白洞是一个时空区域，它不能把任何物质从外面吸进来，只能把它吐出来。
这意味着，一个白洞可能是一颗恒星的诞生，或者是众多恒星的诞生。
当然，这只是一个假设的理论，由爱因斯坦的相对论产生。
2.大爆炸理论一个起源可以简单地解释宇宙的起源。
大爆炸理论很受欢迎，尤其是对于那些不相信神创论的人。
大爆炸理论主要说宇宙来自一个单一的固体。
一瞬间，一切都开始膨胀。
物质和能量穿越黑暗创造了宇宙，这给膨胀的宇宙留下了背景辐射。
20世纪20年代，爱德文·哈勃提出了膨胀宇宙的理论，从而产生了大爆炸理论。
3.慢冻结理论那么，如果大爆炸不是真正的开始，而是过程的一部分呢?根据慢冻结理论，这是很有可能的。
在这个理论中，宇宙似乎开始于一个寒冷和空虚的前存在。
当重力减弱时，这种存在的粒子变得如此重，因此由于来自较重物质的辐射而变暖。
大爆炸可能根本不是一个大的波段，而是在一个缓慢变暖和膨胀的过程产生恒星，然后是整个数十亿光年的星系。
4.黑洞的海市蜃楼宇宙可能有奇怪的起源，很像这个。
准备好思考这个问题。
物理学家认为，我们的宇宙只是四维宇宙中的一个三维球体。
我想你可以说一个宇宙嵌在另一个宇宙中。
我们从未存在过，直到一颗四维恒星坍缩形成一个三维黑洞，或一个视界。
坍缩恒星的物质在视界周围形成了一个三维膜，然后在膜内发生膨胀，因此形成了我们现在的宇宙。
5.等离子体的创建等离子体理论主要研究电磁学。
基本的观点是某种有关电的过程创造了现在宇宙中的一切。
这包括恒星、彗星和太阳。
许多人相信它们周围是巨大的离子和电子的细丝，电磁力使电子和离子弯曲。
这个理论表明宇宙有无限的年龄和大小。
6.没有开始/没有结束另一种被称为稳态理论的观点是，宇宙没有大爆炸，也没有奇妙的创造，这可能很难让人接受。
第1课 宇宙的起源和演化(地理社团课课件)
霍金正是在这种一般人难以置信的艰难中， 成为世界公认的引力物理科学巨人。他在相 对论、“大爆炸”和黑洞等领域取得了突出 的研究成果。1988年出版了宇宙学著作《时 间简史：从大爆炸到黑洞》。霍金被称为在 世的最伟大的科学家，还被称为“宇宙之 王”，且被誉为继爱因斯坦之后世界上最著 名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。
光速： 30000亿光年
二、宇宙的起源
1.哈勃的发现：
所有的星系都在远离我们而去。星系离我 们越远，运动的退行速度越快；星系间的距离 在不断地扩大。
2.宇宙大爆炸理论
20世纪40年代末，物理学家伽莫夫（如图）把宇宙膨胀与 粒子反应理论结合起来，提出宇宙大爆炸假说。
（4）10-36s时，温度降到1013K ，出现了电子、正电子。
（5）1min时，温度为，质子和中子结合成氢核。 （6）约100万年时，温度降到3000K，开始出现各种原 子。存留的光子不再和粒子相互转化而在宇宙中到处 游逛，使宇宙成为透明的。 （7）约10亿年时，开始形成恒星和星系。 （8）约100亿年时，出现我们的银河系、太阳和行星。
（9）约120亿年时，地球上出现了生命。
（10）约137亿年时出现了人类，百万年后出现了 现代文明。宇宙温度降到了约3K。
（11）至今宇宙的年龄估计为137亿年。膨胀速率按最 大速率光速计，现今宇宙的“直径”约为137亿光年， 即约为1.3×1023km。
微波背景辐射为宇宙起源于大爆炸提供了证据， 3K（-270℃ ）就是大爆炸留下的余温。彭齐亚斯和 威尔逊1965年发现微波背景辐射；1978年因此获诺 贝尔物理学奖。
观点二：宇宙将缩回奇点。
第二种观点认为，宇宙不会彻底 的死亡，而是会重新开始。宇宙的膨 胀程度是有限的。当达到了最大的膨 胀范围后，宇宙就会以相同的速度， 相反的方向往里缩。在这个过程中， 宇宙内的天体就会承受越来越大的压 力，从而可能会被压缩成粉末状。最 后整个偌大的宇宙会缩小成为最初的 一个奇点。
《宇宙的起源》课件
宇宙中的物质与能量的相互作用
物质与能量的关系：物质和能量之间存在相互转化和相互作用的关系，它们是宇宙中 不可或缺的要素。
物质与能量的相互作用：物质和能量之间可以通过各种方式相互作用，如引力、电磁 力、核力等，这些相互作用在宇宙演化中起着重要作用。
宇宙的膨胀：宇宙在不断地膨胀，这是宇宙演化过程中的一个重要特征。
04 宇宙的物质与能量
宇宙中的物质形态
原子、分子、离子等基本粒子 星云、星系、行星等天体物质 暗物质、暗能量等神秘物质 宇宙尘埃、黑洞等特殊物质
宇宙中的能量来源与分布
宇宙中的能量来源：太阳、恒星、行星等天体释放的能量
宇宙中的能量分布：星系、星团、星云等天体之间的能量流动与分布
物质与能量的关系：物质可 以转化为能量，能量也可以
转化为物质
宇宙中的物质与能量的分布： 描述宇宙中物质与能量的分 布情况
宇宙的观测与探索
古代天文观测： 描述古代人们 对天空的观测 和探索，如星 座、星象、彗
星等。
近代天文观测： 介绍望远镜的 发展和应用， 以及其对天文
学的贡献。
现代天文观测： 介绍现代天文 观测技术，如 射电望远镜、 太空望远镜等， 以及其对宇宙 探索的贡献。
宇宙的背景辐射：宇宙背景辐射是宇宙早期留下的余热，科学家们通过观测宇宙背景辐射来研 究宇宙的起源和演化。
宇宙的暗物质和暗能量：暗物质和暗能量是宇宙中未知的成分，它们对宇宙的演化起着重要的 作用。
宇宙中的物质与能量
宇宙中的能量：包括光、热、 电磁波等能量形式
宇宙中的物质：包括原子、 分子、离子等基本粒子
科学如何解释宇宙的起源和终结？
科学如何解释宇宙的起源和终结？一、宇宙的起源1. 大爆炸理论20世纪初，科学家开始了解到宇宙的膨胀和演化。
到了1960年代，大爆炸理论被提出，这一理论指出，宇宙起源于一个超高温度和密度的物质，随着时间的发展，这个物质不断膨胀冷却，最终形成了宇宙中的万有引力、星系、恒星和行星等物质。
该理论被广泛认可，认为是宇宙学的基石。
2. 弦理论弦理论认为宇宙是由一维的弦和点粒子组成的，弦的振动和排列造成不同的物质和力场，从而形成了我们所看到的世界。
这个理论可以解释大量不可解释的现象，但是还需要更多的研究才能被广泛认可。
3. 多元宇宙理论多元宇宙理论认为宇宙不仅仅是我们看到的这一个宇宙，还存在着许多其他宇宙，每个宇宙都有其独特的物质和规律。
这个理论依旧面临着科学验证的挑战，需要更多的证据来支持。
二、宇宙的终结1. 热寂说热寂说认为，宇宙将终结于无限的热寂状态。
随着时间的推移，物质不断消耗能量，最终达到一个无法恢复的状态，整个宇宙将变得寂静和黑暗。
这个理论目前被广泛接受，被视为宇宙的自然规律。
2. 大撕裂理论大撕裂理论认为，随着宇宙不断膨胀，万有引力的作用将变得越来越弱，导致物质之间的距离变得越来越大。
最终，物质之间的距离将会超过一定的界限，导致宇宙的大规模破裂。
这个理论目前还需要更多的证据来支持。
3. 大崩溃理论大崩溃理论认为，宇宙将会无限扩张，但是最终万有引力将让所有物质陷入黑洞，形成一个无限小的点。
这个理论依旧需要更多的验证，目前还不被广泛接受。
在探索宇宙的起源和终结时，科学家们发现，自然规律中蕴含着无限的奥秘。
不论是大爆炸理论还是弦理论，都未能完全解释宇宙的起源，多元宇宙理论也需要更多的证据来证实。
而宇宙的终结则更为神秘，热寂说被广泛接受，大撕裂和大崩溃理论还需要更多的实验证据。
未来，科学家仍将继续深入研究，揭开宇宙更多的奥秘。
宇宙的起源
宇宙的起源
宇宙的起源是一个古老而又复杂的科学问题，目前被广泛接受的理论是大爆炸理论。
以下是大爆炸理论的基本概念：
大爆炸：大爆炸理论认为，在约138亿年前，整个宇宙是一个高度密集、高温的点，突然发生了一个巨大的爆炸，即“大爆炸”，将宇宙中的所有物质和能量推向了四面八方。
宇宙的膨胀：大爆炸之后，宇宙开始不断地膨胀扩散，物质和能量在宇宙中快速扩张。
这种膨胀导致了宇宙的空间不断地增大，星系之间的距离也在不断地增加。
宇宙微波背景辐射：大爆炸后，宇宙中的物质开始冷却，逐渐形成了原子、分子等。
在这个过程中，宇宙中释放出大量的辐射，形成了宇宙微波背景辐射，这是目前观测到的最早的宇宙辐射，也是支持大爆炸理论的重要证据之一。
宇宙的演化：大爆炸理论认为，宇宙的膨胀并非均匀的，不同区域的密度波动会导致物质的聚集和形成，从而形成了恒星、星系、星系团等各种天体结构，宇宙也在不断地演化和变化。
大爆炸理论是目前被广泛接受的宇宙起源理论，它解释了宇宙起源的大部分现象，并得到了大量的观测和实验数据的支持。
然而，对于大爆炸发生之前的时期，以及宇宙的最初状态等问题，仍然存在许多未解之谜，是天文学和物理学领域研究的热点问题之一。
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引言：随着航天技术的迅猛发展，人类对宇宙的探索达到前所未有的水平，以哈勃空间望远镜、COBE 卫星、WMAP 卫星为代表的新一代卫星探测器的发射，使人类第一次能够清晰地窥测宇宙深处的奥秘，宇宙学有了一个坚实的观测和实验基础。
现代大爆炸宇宙论已被作为标准宇宙模型确定下来。
然而，这种宇宙模型也没有达到尽善尽美的地步，它同样存在着需要进一步丰富、发展和完善的问题。
其中，宇宙起源问题一直是倍受争论的问题。
还有，宇宙奇点问题和黑洞奇点问题，一直也得不到解决，目前仍在争论中。
笔者以此为出发点，对有关宇宙起源的各种学说进行了总结。
以此来理清当前学说的各种观点，并比较其相似与不同。
文献范围：中国知网，维普中文科技期刊数据库，万方数据，APS美国物理学会电子出版物,SpringerLink(清华站点)等。
有关宇宙起源的综述论文摘要:给出了宇观天体和微观粒子质量、半径的统一计算式,计算结果与实验基本相符. 认为宇宙大爆炸是“超微黑洞”(即前宇宙) 的大爆炸,否定了点大爆炸的传统观点. 爆炸后的宇宙背景是光子热平衡态和引力束缚态共存的系统,平衡态占优势则宇宙必然膨胀. 暗物质、暗能量的本质是什么? 它们会怎样左右宇宙的命运最后也阐明所谓的“大沙漠”区并非一无所有,它分布着三代费米子的超对称伴子———三代玻色型粒子成员.[ 1]关键词:自由流阻尼标度;“超微黑洞”;“前宇宙”;热平衡态;引力束缚态;暗物质;暗能量;超对称1 研究的历史及现状宇宙论是一门古老而年轻的学科,仅从亚里士多德———托勒密的地心说,到哥白尼———伽里略的日心说就花了2 000 年的时间,人们对它孜孜不倦的追求,但是并没有真正认识到宇宙的起源及其演化、发展的过程。
从本世纪20 年代爱因斯坦提出广义相对论后,特别是哈勃定律发现后,宇宙模型更为成熟,人们建立起膨胀的宇宙模型,大爆炸宇宙模型。
本世纪70～80 年代以来物理学家和天文学家们提出了量子宇宙论,对宇宙的起源又提出了新的解释,使人们的耳目为之一新。
[ 2]对于宇宙起源这样历史悠久的问题前人已经对此作了大量的研究，观点基本上都来自与爱因斯坦，霍金等物理学家的学说。
1.1 先得了解膨胀的宇宙模型广义相对论是一种引力理论,它的主要特征是把强大的引力场解释为时空弯曲的几何特征。
在爱因斯坦建立广义相对论的第二年(1917 年) 他便用来对宇宙进行考察,建立了一个有限无边的静态宇宙模型。
宇宙间的物质均匀分布,宇宙大尺度特征不随时间而变化(有物质而无运动) ,这一模型虽与事实不符,但是它开创了现代宇宙学研究的新河。
1922 年物理学家弗里德曼(列宁格勒大学教授) ,根据爱因斯坦广义相对论场方程得到了动态解,虽他本人并没有明白他的“解”的重大意义,但他认为宇宙是不稳定的,可能是脉动宇宙。
1927 年比利时天文学家勒枚特再次独立地得到这一模型。
得到了均匀各向同性的膨胀或收缩的宇宙模型。
[ 3] 1929 年美国的天文学家埃德温·哈勃发现了星系的谱线红移,十分令人惊异的是,他发现大部分星系是红移的,也就是说,几乎所有的河外星系都远离我们而去! 而且红移的大小与星系离开我们的距离成正比,这就是著名的哈勃定律。
星系越远,则它离开我们运动得越快! 这表明宇宙不可能像原先人们所想象的那样处于静态,而实际上是在膨胀,不同星系之间的距离一直在增加着。
这是一个具有里程碑意义的观测,即是不管你往那个方向看,远处的星系正急速地远离我们而去。
宇宙正在膨胀。
按照这个模型,星系相互作分离的运动,空间中的星系越来越稀,或者倒推过去,越往早期星系越密。
显然,当星系密集到一定程度时,星系就不可能再以我们目前所观测到的形态存在。
很可能是一种密集状态。
总之,宇宙膨胀的发现是20 世纪最大的智力革命之一,为大爆炸宇宙模型的建立奠定了基础。
[ 4]1.2 之后物理学家又建立了大爆炸宇宙模型20 世纪40 年代末,伽莫夫(美籍俄国物理学家) 和他的同事们及其他物理学家开始进一步研究宇宙膨胀论中的早期密集状态,逐渐形成了热大爆炸宇宙学派,并用来说明元素的起源。
它的主要观点是: 大约在100 亿年至200 亿年之前的某一时刻,宇宙起始于一个高温、高密的原始原子的大爆炸。
大爆炸时,宇宙温度无限高,压力无限大,体积被认为是“零”的“奇点”(空间—时间中,空间—时间曲率变成无穷大的一点) 状态。
那时,宇宙间不仅没有地球、没有太阳、没有任何星体、甚至也没有任何其他的化学元素。
只有一些质子、中子、电子、光子及中微子、π介子等粒子形态的物质,它们之间达到热平衡态。
它们通过不停的碰撞,而不停的湮灭、产生、转化。
这些碰撞频繁到发生约每秒钟1016次以上,宇宙处在这一阶段不到一分钟;随着宇宙的膨胀,物质的密度和温度进一步下降。
中子开始失去自由存在的条件,它将衰变为质子;到宇宙形成3分钟左右,中子约占总核子数的14 % ,质子占86 % ,这时温度约在109 K 左右。
[ 5] 中子可与质子结合形成氘。
各种化学元素就是从这一时期才开始形成的。
当温度下降到百万度之后,形成化学元素的过程也结束了。
再过数万年或稍长的时间,宇宙的温度下降到几千度,辐射退居次要地位。
宇宙间充满由电子和离子复合而成的气态物质。
从气云再逐步发展出各种星体和星体的体系。
这时,宇宙才开始了星的时代。
在亿万颗恒星及其演化中,有一颗就是太阳(太阳是第二代或第三代恒星) ,在太阳系的演化中出现了能认识宇宙的人类。
[ 6]热大爆炸学说有两个主要的观测依据:一是氦的丰度,一是微波背景辐射。
氦这种元素在地球上很少,但在其他天体上却相当多,按重量约占1/ 3 到1/ 4 ,天体上为什么有这样多的氦? 曾经是天体物理的难题,因其预言,恒星的年龄不应大于150 亿年,依靠氢的聚变,远远不足以形成如此多的氦。
但是,利用热大爆炸模型却很容易解决这个问题。
因为,在宇宙早期存在着产生氦的时代,而且产生的效率很高,完全可以解释30 %的氦丰度。
另一方面,根据氦丰度以及宇宙膨胀速度,可以计算出宇宙早期的温度,由此又可以推知现在的辐射温度。
伽莫夫和他的学生预言这种宇宙背景辐射的温度大约应为5k 的黑体辐射,这是一个可以进行观测检验的宇宙学预言。
1965年,美国贝尔电话实验室的阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊正在检测一个非常灵敏的微波探测器时(微波正如光波,但是它的频率只有每秒100 亿次震动的数量级) ,他们的检测器收到了比预想的还要大的噪声。
他们推测这种噪声必须是从大气层以外来的,并且没有季节的变化,也就是地球绕着自己的轴自转或绕太阳公转时都是一样的。
经过测量,证实它具有黑体辐射谱, 温度大约为3k ( 即为-270 ℃) ,并且有相当好的各向同性。
证实了伽莫夫等人的预言。
从哈勃关系的发现到氦丰度的解释和3k 背景辐射的发现,都是先有理论预言,后才有观测证实的,宇宙学上两次重大进展都是理论走在前面,可见理论的巨大威力,可见人类的巨大的认识能力。
宇宙从热大爆炸到膨胀而冷却的景象,和我们今天所有的观测证据相一致。
[ 7] 而且为科学界所公认。
建立在广义相对论和宇宙学原理基础上的大爆炸宇宙学,虽然有很大的成就,然而也包含着宇宙起源于“奇点”的疑难,引起了现代宇宙学论者们的极大兴趣.1.3 再往后，科学家又发现了黑洞中的奇点与量子效应当代最杰出的物理学家霍金在1973 年研究了黑洞附近的量子效应,用量子效应抹平了黑洞中的奇点。
首先,我们了解什么是黑洞。
黑洞是恒星演化周期中的一个阶段。
一般说来恒星的一生要经过引力收缩阶段(这是恒星的早期阶段) ;主序星阶段(中年期阶段,发光、发热时期) ;红巨星阶段(晚年阶段) ;白矮星、中子星、黑洞阶段(衰老阶段) 。
最后阶段会因恒星的质量不同而不同,若恒星的质量小于1. 5 个太阳质量,其最后变成白矮星,它的体积变小密度增高,其密度达到每立方厘米几万克以至一亿克;若恒星大于1. 5～3 个太阳质量,其结局是中子星,其密度是每立方厘米百万亿克,即相当于原子核的密度,在这种情况下,原子里原来的核外电子几乎全部被挤到原子核里去了,和原来核里的质子结合成中子,这时恒星的全部物质就是中子,恒星便成为中子星;若恒星的质量超过太阳质量的三倍以上,经过超新星爆发抛射物质以后,剩余的物质仍然大于两个太阳的质量的话,那么坍缩的结果就是比中子星密度更高的天体。
这种天体发不出光来,一切东西只能进去,不能出来,包括光线在内,因此人们把它称为黑洞。
[ 8] 一个超重恒星在演化的最后阶段坍缩成为黑洞,因为只有极强的引力而没有压力和它对抗,这种收缩便要无休止地进行下去。
何处是收缩的终点? 何处是收缩的终结? 按照原有理论,收缩是无限的,无限收缩的结果将使这个星球的中心出现一个体积无限小、密度无限大、压力无限大的奇点,看来,奇点是不可避免的。
黑洞就是由这种恒星的坍缩围绕它们的强大的引力场所产生的。
所谓奇点就是说,宇宙的标度因子收缩为“零”的一个数学点。
但是,所有的科学家,包括爱因斯坦,都相信恒星的体积不会收缩为“零”。
[ 9] 我们已知,黑洞是由强大的引力场所形成的。
根据广义相对论,强大的引力场可使光线发生弯曲,在强大的引力场中,光线再也不能逃脱,其他的东西更不能逃脱(人们认为光线是迄今为止速度最快的) ,都会被引力场拉回去。
也就是说“存在一个事件的集合或空间———时间区域,光或任何东西都不能从该区域逃逸而达到远处的观察者”,被称为黑洞,其边界称着事件视界,它和刚好不能从黑洞逃逸的光线的轨迹相重合。
在黑洞中,存在无限大密度和空间———时间曲率的奇点。
这和时间开端时的大爆炸相当类似,只不过它是一个坍缩物体的时间终点而已。
由于引力坍缩所形成的奇点能发生在像黑洞这样的地方,而不被外界看见。
恒星的坍缩的快速运动表明,其释放出来的引力波使之越来越接近球型,最终演变成一种能够旋转、但不能搏动的态。
黑洞的大小只与其质量和旋转速度有关。
旋转的黑洞产生一类似地球上的磁场,落入的物质会在黑洞附近产生能量非常高的粒子,该处磁场强,以至于将这些粒子聚集成沿着黑洞旋转,在相当于地球南北极方向上往外喷射的射流。
广义相对论预言,运动的重物会导致引力波的辐射,任何运动中的能量都会被引力波的辐射所带走。
霍金等人研究,按照量子力学的不确定性原理,旋转黑洞产生并辐射粒子(以量子形式辐射) , 辐射的温度只依赖于黑洞的质量———质量越大,则温度越低。
通常认为黑洞只吸收物质,为什么会发射粒子呢? 量子理论告诉我们:往外喷射的粒子,不是从黑洞里面出来的,而是从紧靠黑洞的事件视界的外面“空”的空间里出来的! 这里的“空”是“真空”,不是虚空,它有丰富的物理内容。
真空中充满着“虚粒子”,正反虚粒子对不断产生,又不断湮灭,因此不能直接观测到它们的存在。