黑洞的奥秘是什么?

Question

我们课题研究,内容是黑洞的秘密,谁最好写篇论文! 谢谢了

Answer 1

Answer 2

科学家们以爱因斯坦广义相对论，预言了一种叫作”黑洞“的天体，你知道什么是”黑洞“吗？

Answer 3

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。黑洞质量下降下限约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宇宙星系中央。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＂．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的恒星是无法形成黑洞的．

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样．

亦可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生裂变、聚变。由于恒星质量很大，裂变与聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于裂变与聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素。接着，氦原子也参与裂变与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与裂变或聚变，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。

　跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由质量大于太阳质量20倍的恒星演化而来的。

　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。

　质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。
　这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径），正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。

　根据科学家计算,一个物体要有每秒中七点九公里的速度,就可以不被地球的引力拉回到地面,而在空中饶着地球转圈子了.这个速度,叫第一宇宙速度.如果要想完全摆脱地球引力的束缚,到别的行星上去,至少要有11.2km/s的速度,这个速度,叫第二宇宙速度.也可以叫逃脱速度.这个结果是按照地球的质量和半径的大小算出来的.就是说,一个物体要从地面上逃脱出去,起码要有这么大的速度。可是对于别的天体来说,从它们的表面上逃脱出去所需要的速度就不一定也是这么大了。一个天体的质量越是大,半径越是小,要摆脱它的引力就越困难,从它上面逃脱所需要的速度也就越大.

　按照这个道理,我们就可以这样来想:可能有这么一种天体,它的质量很大，而半径又很小,使得从它上面逃脱的速度达到了光的速度那么大。也就是说,这个天体的引力强极了,连每秒钟三十万公里的光都被它的引力拉住，跑不出来了。既然这个天体的光跑不出来,我们然谈就看不见它,所以它就是黑的了。光是宇宙中跑得最快的，任何物质运动的速度都不可能超过光速.既然光不能从这种天体上跑出来,当然任何别的物质也就休想跑出来.一切东西只要被吸了进去，就不能再出来，就象掉进了无底洞,这样一种天体，人们就把它叫做黑洞.

　我们知道，太阳现在的半径是七十万公里。假如它变成一个黑洞,半径就的大大缩小.缩到多少?只能有三公里.地球就更可怜了,它现在半径是六千多公里.假如变成黑洞，半径就的缩小到只有几毫米.那里会有这么大的压缩机，能把太阳 地球缩小的这么!这简直象<天方夜谭>里的神话故事,黑洞这东西实在太离奇古怪了。但是，上面说的这些可不是凭空想象出来的,而是根据严格的科学理论的出来的.原来,黑洞也是由晚年的恒星变成的,象质量比较小的恒星,到了晚年，会变成白矮星；质量比较大的会形成中子星.现在我们再加一句,质量更大的恒星,到了晚年，最后就会变成黑洞.所以，总结起来说,白矮星 中子星和黑洞,就是晚年恒星的三种变化结果.

　现在,白矮星已经找到了，中子星也找到了，黑洞找到没有?也应该找到的.主要因为黑洞是黑的，要找到它们实在是很困难。特别是那些单个的黑洞，我们现在简直毫无办法。有一种情况下的黑洞比较有希望找到，那就是双星里的黑洞.
双星就是两颗互相饶着转的恒星.虽然我们看不见黑洞，但却能从那颗看的见的恒星的运动路线分析出来.这是什么道理呢?因为,双星中的每一个星都是沿着椭圆形路线运动的,而单颗的恒星不是这样运动。如果我们看到天空中有颗恒星在沿椭圆形路线运动,却看不到它的'同伴',那就值得仔细研究了。我们可以把那颗星走的椭圆的大小，走完一圈用的时间，都测量出来.有了这些，就可以算出来那个看不见的'同伴'的质量有多大。如果算出来质量很大，超过中子星能有的质量，那就可以进一步证明它是个黑洞了。

　在天鹅星座，有一对双星，名叫天鹅座X-1.这对双星中，一颗是看的见的亮星,另一颗却看不见.根据那可亮星的运动路线.可以算出来它的'同伴'的质量很大,至少有太阳质量的五倍.这么大的质量是任何中子星都不可能有的.当然，除这些以外还有别的证据。所以,基本上可以肯定，天鹅座X-1中那个看不见的天体就是一个黑洞.这是人类找到的第一个黑洞。
另外,还发现有几对双星的特征也跟天鹅座X-1很相似，它们里面也有可能有黑洞。科学家正对它们作进一步的研究.　“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。

据最新的研究声称，科学家认为黑洞可能是通往其他宇宙的虫洞。如果这一理论是正确的，将会有助于解释例如黑洞信息悖论等量子难题，不过批评家指出这也会产生新的问题，例如虫洞是怎么形成的等等。

黑洞是一种拥有强大引力的物体，任何物体——即便是光——在进入其事件边界之后都不能逃逸出来。根据爱因斯坦的广义相对论，黑洞可以由任何物质形成，只要能够坍缩到足够小的空间内。

　尽管黑洞不能被直接看到，天文学家还是通过观察周围物质的环绕情况，推断出一些黑洞的位置。

　不过来自巴黎Bures-sur-Yvette地区法国高等科学研究所(Institut des Hautes Etudes Scientifiques)的物理学家Thibault Damour和来自德国Bremen国际大学的Sergey Solodukhin提出一个新的观点，即这些所谓的黑洞其实就是虫洞。

　虫洞是连接时空架构中两个不同地方的弯曲通道。如果你把宇宙想象为一个二维的纸张，虫洞就是连接连接这张纸片和另一张纸片的小通道。实际上这一理论认为，虫洞链向的是一个拥有自己星星、星系等的另一个宇宙。

　引起空间扭曲的小球在我们三维世界的例子就是黑洞。黑洞事实上是存在于四维空间的一种现象，或者说，黑洞是连接三维世界与四维空间的通道（当然在下绝不是说“如果谁要去四维空间，就请往黑洞走”，那样只会“死无全尸”而已^O^）。我们有可能通过对黑洞的深入研究，找到克服四维空间的办法，那样的话，瓦普跳跃飞行就不再是梦想了。

　现在科学家已经证实，黑洞的存在确实会令周围的空间极度扭曲。根据广义相对论，光线在正常的空间里以直线传播，但当空间扭曲时，光线会随着空间扭曲的方向而扭曲。如果能给一束射进黑洞的光线拍照的话，我们就会发现，光线呈螺旋形指向黑洞中心，因为黑洞的巨大质量已使周围的空间扭曲得不成形了。

Answer 4

黑洞中隐匿着巨大的引力场，这种引力大到任何东西，甚至连光，都难逃黑洞的手掌心。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。据猜测，黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。

因为黑洞是不可见的，所以有人一直置疑，黑洞是否真的存在。如果真的存在，它们到底在哪里？

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样

为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界，我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说，适用于行星、恒星，也适用于黑洞。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说，说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之，广义相对论说物质弯曲了空间，而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。

让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先，考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的第四维（虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向，但我们可以尽力去想象）。其次，考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。

爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景：石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些，虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块，则将产生更大的效果，使床面下沉得更多。事实上，石头越多，弹簧床面弯曲得越厉害。

同样的道理，宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样，质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害得多。

如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动，它将沿直线前进。反之，如果它经过一个下凹的地方 ，则它的路径呈弧形。同理，天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进，而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。

现在再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面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，不仅会使其表面弯曲下陷，还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以宇宙出现，若宇宙中存在黑洞，则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。

现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球，会掉进大石头形成的深洞一样，一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且，若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。

我们已经说过，没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度，有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理，一切比其周围温度高的物体都要释放出热量，同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量，黑洞释放能量称为：霍金辐射。黑洞散尽所有能量就会消失。

处于时间与空间之间的黑洞，使时间放慢脚步，使空间变得有弹性，同时吞进所有经过它的一切。1969年，美国物理学家约翰 阿提 惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。

我们都知道因为黑洞不能反射光，所以看不见。在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的。但英国著名物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑。通过科学家的观测，黑洞周围存在辐射，而且很可能来自于黑洞，也就是说，黑洞可能并没有想象中那样黑。
霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子，这些粒子在太空中成对产生，不遵从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后，有的就会消失在茫茫太空中。一般说来，可能直到这些粒子消失时，我们都未曾有机会看到它们。

霍金还指出，黑洞产生的同时，实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中，另一个则会逃逸，一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。对观察者而言，看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。

所以，引用霍金的话就是“黑洞并没有想象中的那样黑”，它实际上还发散出大量的光子。

根据爱因斯坦的能量与质量守恒定律。当物体失去能量时，同时也会失去质量。黑洞同样遵从能量与质量守恒定律，当黑洞失去能量时，黑洞也就不存在了。霍金预言，黑洞消失的一瞬间会产生剧烈的爆炸，释放出的能量相当于数百万颗氢弹的能量。

但你不要满怀期望地抬起头，以为会看到一场烟花表演。事实上，黑洞爆炸后，释放的能量非常大，很有可能对身体是有害的。而且，能量释放的时间也非常长，有的会超过100亿至200亿年，比我们宇宙的历史还长，而彻底散尽能量则需要数万亿年的时间

Answer 5

黑洞是爱因斯坦的广义相对论最著名的推断之一。美国一位科学家最近在权威科学期刊《自然》上断言——“黑洞不可能存在！”是狂妄的主观臆断，还是禁得起科学验证的真知灼见？

　　国际先驱导报文章 黑洞是科幻小说的重要素材之一，而且很多人以为天文学家已经间接地观察到了它们。但是，美国加州的劳伦斯—利弗莫尔国家实验所的物理学家乔治.查普

林指出，这些可怕的时空裂缝不存在，也不可能存在。

　　所谓黑洞其实是“暗能量星”

　　在过去的一些年中，对于星系的运动的观察已经显示：宇宙约70%似乎是由一种未知的“暗能量”组成。暗能量推动了宇宙的加速膨胀。

　　长期以来，巨大的恒星的死亡一直被认为能够产生黑洞，但查普林认为，事实上它导致了含有暗能量的星体的形成，他声称：“黑洞不存在基本上是可以确定的事。”

　　黑洞是爱因斯坦的广义相对论的最著名的预测之一，它提出了引力使时空弯曲的原理。广义相对论预言，当大质量的恒星达到极高密度时，就在空间形成了一只很深的“引力陷阱”，最终把空间弯曲到这样一个程度，以致附近的任何物体，包括光线在内被其吞灭，就好像一个无底洞，这样的天体称为黑洞。在黑洞的中心是一个奇点，那里所有的物质都被无限压缩，时空被无限弯曲。

　　广义相对论与量子力学的冲突

　　但是，爱因斯坦并不相信黑洞，查普林争辩道，“不幸的是，他不能清楚地说明为什么。”问题的根源在于另一个20世纪物理学的革命性的理论——量子力学，同样也是爱因斯坦协助建立起来的。

　　在广义的相对论中，并没有一种所谓的“格林尼治时间”让其它地方的时钟以同样的速度转动。相反，在不同的地方，重力让时钟以不同的速度运转。但量子力学主要是描述细微空间中的物理现象，因而它只有在宇宙通用的时间的前提下才会体现其理论价值，否则就没有任何意义。

　　这个问题在“视界(event horizon)”——黑洞的边界尤为显著。对于一个遥远的观察者而言，这里的时间看似是静止的。一艘掉入黑洞的飞行器在遥远的观察者看来，似乎永远地陷在了黑洞的边界；但飞船中的宇航员们却能感觉到自己在继续下降。“广义相对论预示，黑洞边界并没有发生任何变化。”查普林说。

　　然而，早在1975，量子物理学家们曾经提出争议：在黑洞边界确实会发生奇怪的事情：遵守量子法则的物质对轻微干扰变得极为敏感。“这一结果很快地就被忘记，”查普林说，“因为它与广义相对论的预言不符。但是实际上，它是完全正确的。”他认为，这种奇怪的活动正是时空“量子相变(quantum phase transition)”的证据。卓别林认为，死亡后的恒星并不会简单地形成一个黑洞，而是在该时空内部，充斥着暗能量，而且这具有一些有趣的重力的效应。

　　宇宙存在大量暗能量星

　　查普林称，暗能量星的“表面”外看，它的“行为”与黑洞十分相似，能够产生强大的重力牵引。但是内部，暗能量的“负”重力可能会引起物质重新反弹回来。而且查普林预言，如果暗能量星足够的大的话，任何反弹出的电子将会被转变成为正电子，它将在高能辐射中消灭其它电子。卓别林表示，这种情况可以解释我们观察到的银河系中心辐射现象。而此前对于这种现象，天文学家们认为是银河系中存在着一个巨大黑洞的证据。

　　查普林还认为，宇宙可能充满着大量“原始”的暗能量星。这类星体并不是由恒星死亡而形成，而是由于时空自身的波动起伏所导致的，就像是从冷却的液态气体中自然冒出的气泡。这些与普通物质一样具有重力效应，但是无法被观察到，它们就是人们经常提到的暗物质。

英国著名物理学家史蒂芬·霍金21日向学术界宣布了他对黑洞研究的最新成果。他认为，黑洞不会将进入其边界的物体的信息淹没，反而会将这些信息“撕碎”后释放出去。该假说的提出，说明霍金推翻了他曾提出的“黑洞悖论”。

　　物质并非真正消失在黑洞

　　据英国媒体报道，霍金是在21日于都柏林举行的“第17界国际广义相对论和万有引力大会”上提出这项新假说的。面对世界各国著名的物理学家，霍金表示，经过29年的研究和思考，他发现自己有关黑洞的认识是错误的。

　　他说，黑洞并不像他以及其他科学家以前所想象的那样“无所不吞”。随着时间的推移，一些被黑洞吞没的物质会慢慢地从黑洞中“流淌”出来。黑洞在“破坏”的同时也在搞“建设”。

　　这一最新的黑洞理论解决了三十年来困扰霍金和其他科学家的一个自相矛盾的问题：物质如何能真的“消失”在黑洞里，而不留下一丝痕迹？霍金以前坚信黑洞能够摧毁一切分子形式，而只放射出一种微小的放射物。

　　霍金输掉板球百科全书

　　有趣的是，霍金这次不仅更改了使自己一举成名的理论，而且也输掉了科学史上最著名的一次打赌。1997年，他同美国物理学家约翰·普雷斯基尔打赌时坚持自己的“黑洞悖论”，后者则认为黑洞不可能使其内部物质的信息丧失，赌注则是一本棒球百科全书。

　　霍金21日说，“我在英国很难找到这样一本书，所以，我只能用一本板球百科全书代替了。”赢了这次“赌局”的普雷斯基尔很高兴，但他和其他学者一样，不太理解霍金21日演讲的内容。他说，只有等到下月霍金公布其论文时才能进一步研究。

　　现年62岁的霍金是剑桥大学应用数学和理论物理系的终身教授。他曾提出了一系列惊人的有关大爆炸和黑洞的假说。但由于他的很多假说至今还未被证实，因而受到很多科学家的质疑。

　　霍金的新假说将使有关黑洞的理论研究进入新的阶段，科学家们也许有一天能够真正揭开黑洞的秘密了。

　　-名词解释

　　黑洞悖论

　　1975年，霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大，进入其边界的物体都会被其吞噬而永远无法逃逸。

　　黑洞形成后就开始向外辐射能量，最终将因为质量丧失殆尽而消失。而这种辐射并不包含黑洞内部物质的信息。这些信息应当在黑洞中保留下来。但是一旦黑洞消失，这些信息也就丧失了。

　　这些信息的去向之谜就构成了所谓的“黑洞悖论”。而该假说与量子物理学的理论背道而驰。

　　量子物理学认为，类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。

　美国科学家质疑相对论

　　宇宙中并不存在“黑洞”？

　　据美国媒体报道，美国加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室物理学家乔治·卓别林(GeorgeChapline)表示，宇宙中并不存在着所谓的“黑洞”，并认为人们通常所指的黑洞神秘物

质实际上是“黑能(dark-energy)星体”。

　　长期以来，黑洞已经成为了科幻小说中的重要材料之一。不少人认为，天文学家可以通过间接方式来观察到黑洞的存在，而巨型恒星死亡后就会形成黑洞。但卓别林认为，恒星死亡只会形成“黑能”物质。过去数年中，天文学家对银河系的观察表明，宇宙的70%左右是一种奇怪的“黑能”所组成，正是它们在加速着宇宙的膨胀。卓别林说：“几乎可以肯定地说，宇宙中并不存在着黑洞。”

　　黑洞是爱因斯坦广义相对论中最为著名的预言之一。广义相对论解释了受巨型恒星重力影响，会导致时空结构产生扭曲的现象。该理论认为，当某颗恒星死亡后，会受自己的重力影响而缩成一个点。但卓别林却认为，爱因斯坦本人也不相信黑洞的存在。

　　1975年，量子力学专家们表示，黑洞边界确实发生了一些奇怪的事情：遵守量子法则的物质对轻微干扰变得极为敏感。卓别林说：“这个发现很快就被大家忘记了，因为它不符合广义相对论的预言。然而今天看来，它却是完全正确的发现。”他认为，这种奇怪的活动正是时空“量子阶段转变”的证据。卓别林认为，死亡后的恒星并不会简单地形成一个黑洞，而是在该时空内部，它却充斥着黑能，并具备重力影响。

　　卓别林称，在某颗黑能星的“表面”，它看起来很像一个黑洞，并能制造强大的重力牵引。然而在它的内部，黑能的“负”重力又有可能将物质重新弹出来。如果某颗黑能星体积很大，任何反弹出来的电子转变成了正电子，然后会在高能辐射中消灭其他电子本回答被网友采纳