学科 现代科技导论 老师 黄致新

姓名 雷秀芳 学号 2010210962 成绩________

神奇的黑洞

我们头顶那繁星满天的星空，当你看见那一闪一闪发亮的美丽的星星，你是否想过，其实，在那里，有着另外一些更为神奇的星星，我们用肉眼看不见它们，但我们却无法忽视它们的存在。它们，便是黑洞！

听见黑洞给我们的第一感觉可能是一个黑乎乎，让人感觉十分恐怖的一个洞。但事实上，它确实一个很大，让你无法忽略的一个星球。它是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径①小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。我们说它“黑”，其实是由于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。就连光也不例外。也正是由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。只能通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。也就是说，虽然黑洞是黑，但它本质上还是一颗星体。

其实，虽然你看不见黑洞，但它的很多方面都让你无法忽略。其实，在宇宙中大部分星系，包括我们居住的银河系的中心都隐藏着一个超大质量黑洞。这些黑洞质量大小不一，从100万个太阳质量到100亿个太阳质量。而这样如此惊人的质量究竟又是如何形成的呢？天文学家们通过探测黑洞周围吸积盘发出的强烈辐射推断这些黑洞的存在。物质在受到强烈黑洞引力下落时，会在其周围形成吸积盘②盘旋下降，在这一过程中势能迅速释放，将物质加热到极高的温度，从而发出强烈辐射。黑洞通过吸积方式吞噬周围物质，这可能就是它的成长方式。这项最新的研究采用了全世界最先进的地基观测设施，包括位于美国夏威夷莫纳克亚山顶，海拔4000多米处的北双子望远镜，以及位于智利帕拉那山的欧洲南方天文台甚大望远镜阵列。

并且，这些黑洞也和我们将星星进行分类一样，也具有很多的类别。比如，他可以按组成分为暗能量③黑洞③和物理黑洞；按物理性质可以分为1，不旋转不带电荷的黑洞，2，不旋转带电黑洞，3，旋转不带电黑洞， 1

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大学物理小论文

-------黑洞

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一 、什么是黑洞?

第一个提出黑洞思想的是18世纪的著名法国数学家拉普拉斯（P.S.Laplace，1794—1827）。

我们都知道，当火箭速度超过某个“逃逸速度“时，它就能克服地球引力飞入外部空间去。任何物体的速度若小于此“逃逸速度”，就不可能飞出引力范围，19xx年拉普拉斯根据牛顿的万有引力定律通过计算得出：当天体的质量非常大时，其引力将极其强大，如果其上的“逃逸速度”大于光速。则光也不可能从这样的天体上射到外部空间去。外部的观察者就看不到该天体上发出的光，因而认为该天体是“黑”的，这就是一个“牛顿黑洞”。

牛顿黑洞的半径r是不难计算的。设所考虑的天体质量为M，则质量为m的物体在M的引力场中的引力势能为：

-G

所以m的总能为

E = 2mv2?G1mMrMmr 设逃逸速度为v，即具有那么大速度的粒子恰能克服引力跑到无穷远处（那里势能为零），而速度恰减小到零（动能为零）。无穷远处的总能为

E = 0 + 0 = 2mv2?G

所以，逃逸速度为

c2=

对光而言，c2=2GM

rN1mMr2GMr2GM

c所以 rN= rN就是牛顿黑洞的半径。

在爱因斯坦提出广义相对论的场方程后，19xx年施瓦兹西德就得到了球对称的施瓦西解：

S=? 1?rcdt+

其中 m =cM是中心质量，G是引力常数。

可以看出，当r→0和r→2m=rg时，施瓦西度规有奇点（某个量→∞）。r=rg的MG2rg22dr21?rr2(dθ2+sin2θ dφ2)

球面称为视界，称为施瓦西半径：

2GM 视界内的任何物质（包括光）都不可能克服引力到视界以外去。所以视界范围以内就形成了一个“黑洞”，称为施瓦西黑洞，由上可知，施瓦西黑洞和牛顿黑洞半径相同。

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揭开黑洞神秘的面纱

摘 要：宇宙中有一片黑暗的深渊，可以吸收一切靠近它的物体，连光都逃脱不出来，它就是黑洞。黑洞是大质量恒星演变到最后阶段的产物，由于其超强的引力，其周围的时空结构不断沦陷。它是宇宙中一处最具神秘色彩的地方，在黑洞的中心，现有的物理规律统统崩溃，科学也会失效。

关键词：黑洞 神秘 广义相对论 恒星演变的产物

宇宙中有一种引力场很强的天体，就连光也不能逃脱出来，它就是黑洞。黑洞并不是宇宙中的大窟窿，而是恒星演变到最后阶段的结果。等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。 然而宇宙中真的存在这么特殊这么神秘的天体吗？或者只是某些科学家闲来没事做的臆想猜测？黑洞可能是宇宙中最神秘的地方，自从黑洞理论提出以来，爱因斯坦和霍金都肯定了黑洞的存在，绝大多数科学家都致力于寻找黑洞确切存在的证据来完善黑洞理论。

黑洞是个星体，是恒星演变的结果。当恒星灭亡时，核聚变反应将会停止，因为此时用于反应的燃料已消耗殆尽。同时，恒星的引力将会向内吸引物质，不断压缩核心。核心受到压缩时将会发热，最终导致超新星爆炸，使物质和放射物在太空四散开去，只留下一个高度压缩、质量极大的核心。 这个核心的引力超强，密度极大，靠近它的物体都被它的引力所约束。对于地球来说，以第二宇宙速度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，竟然超越了光速，光速已经是极限速度了。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。也就是因为其不让任何其边界以内的任何事物被外界看见的特点，所以被称为黑洞。

要说黑洞是恒星演变的结果，可能很少人会相信，因为与别的天体相比，黑洞是实在是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是

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黑洞的奥秘

现代科学导论论文

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不是，所谓“黑洞”，是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。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。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。　根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。黑洞

等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。实际上黑洞真正是“隐形”的。

黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。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，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。

1928年，一位印度研究生——萨拉玛尼安·钱德拉塞卡——乘船来到英国剑桥跟英国天文学家阿瑟。爱丁顿爵士（一位广义相对论家）学习。钱德拉塞卡意识到，不相容原理所能提供的排斥力有一个极限。恒星中的粒子的最大速度差被相对论限制为光速。这意味着，恒星变得足够紧致之时，由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。钱德拉塞卡计算出；一个大约为太阳质量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。（这质量现在称为钱德拉塞卡极限。）前苏联科学家列夫·达维多维奇·兰道几乎在同时也发现了类似的结论。

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Central black hole mass of AGN

A thesis presented by

to

2010.12

活动星系和中心黑洞质量

摘要    活动星系中心存在超大质量黑洞，与吸积率和爱丁顿吸积率的比率一道,质量也是活动星系的一个基本因素。利用恒星速度弥散法计算黑洞质量。对恒星速度弥散法经验公式进行一定的修正。考虑恒星弥散速度法计算黑洞质量的误差来源。

关键词  活动星系 黑洞 黑洞质量 恒星速度弥散度

1.引言

观测表明，星系中心存在一个大质量黑洞。超大质量黑洞最直接证据来自银河系中心，在那里恒星绕中央黑洞转动的椭圆轨道已经被观测到了，其质量为个太阳质量。尽管超大质量黑洞是怎样形成的目前还未确定，但黑洞和核球质量的紧密相关性表明中心黑洞在星系形成及演化过程中扮演了重要角色。根据黑洞无毛定理，我们知道仅仅用质量、电荷及角动量就能描述黑洞。黑洞质量的确定，对于分析引力半径等黑洞参数，分析星系吸积演化，更好的描述吸积过程均具有重要意义。

研究中心黑洞质量的方法有很多种。对于不同天体具有不同的物理性质，导致计算中心黑洞的算法不同。恒星速度弥散法、短时表光变法和反响映射法被广泛应用于计算活动星系核的中心黑洞质量。一般星系中，黑洞质量和宿主星系的四个因素相关，分别是质量、光度、光度聚集度以及恒星速度弥散度。其中黑洞质量与宿主星系的恒星速度弥散度有很好的相关性。这意味着恒星速度弥散度对黑洞质量的影响巨大。若能准确测定恒星弥散速度，就能较好的估计黑洞质量。

本文采集样本星系的参数。采用恒星速度弥散法计算出样本星系质量。用最小二乘法分别计算出曲线拟合的量。考虑多普勒红移引起的误差项，对恒星速度弥散法进行误差分析。

2恒星速度弥散法

    利用恒星速度弥散法计算黑洞质量，是至今较精确的经验公式。对于临近恒星的速度弥散度可直接由每颗成员星的空间速度和视向速度决定。对无法分辨单颗星的河外星系，只能根据星系中恒星累积的光谱来研究星系视向速度分布从而得到速度弥散度。辐射区域尺度的误差会影响黑洞质量的计算，因此恒星弥散法必须建立在反响映射法精确计算出黑洞质量的基础上。

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黑洞的存在形成和结构的初探

摘   要

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。根据牛顿力学能量理论和相对论证明了黑洞的存在，同时通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在；黑洞有可能是由三种途径形成的。黑洞的结构是由奇点、振荡层、辐射层组成。

关键词：黑洞；史瓦西半径；结构

一、黑洞的存在形成过程

黑洞在现在人看来已经不是什么新名词了，但是黑洞是什么？黑洞是否存在？对于这个问题，许多人可能都不能回答。下面我们介绍一下黑洞：黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径（下面有介绍）小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。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。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。黑洞引申义为无法摆脱的境遇。“黑洞”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。

    从万有引力定律可以知道，把一个物体从星球表面抛射到宇宙空间，需要有足够大的抛射速度。对于小质量的星体，这个速度不大。例如，对于火星的卫星火卫一，抛射速度只需5m/s。对于月亮，需要2.4km/s。对于地球、密度越大的星球，物体从它表面逃离所需的速度就越大，当星球的密度大到一定程度，以至于逃离速度大于光速时，光子就不能再从星球表面逃离。它们会被星球的万有引力拉回去，远方的观测者也就不可能看见这颗星了。

     从牛顿力学的能量理论很容易算出这类暗星的形成条件。设光子质量为m，光速为c，星球的质量和半径分别为M和r。按照牛顿理论，从星球表面射出的光子的能量为

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序号：2020

宇宙起源

摘要：自从人类发现宇宙，人类一直都在探索宇宙诞生的奥秘，宇宙是什么时候形成，又是怎样形成的。本文阐述了宇宙形成的过程，原理和宇宙形成过程中的现象，以及宇宙中的星体形成的过程。本文也在讨论宇宙起源的基础上阐述了科学家们对宇宙起源的探索和研究。 关键词：宇宙起源 大爆炸 科学研究 引言：许多科学家认为，宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。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。

一．人类对宇宙的概念的理解的发展

（1）远古的“宇宙”

1.古代中国人的宇宙。 远古时代，人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态，他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造做出推测。中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹

像一口锅，倒扣在平坦的大地上；后来发展为后期盖天说，认为大地的形状也是拱形的。

2.古巴比伦人眼中的宇宙。

公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。

3.古埃及人的宇宙。

古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。

4.古印度人眼中的宇宙。

古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站在巨大的龟背上。

5古希腊人的宇宙。

公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。 也有一些人认为，地球只是一只龟上的一片甲板，而龟则是站在一个托着一个又一个的龟塔。

（2）地球形状的发现

最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ，地球是球形的观念才最终被证实。

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