大学物理论文2000字关于黑洞

大学物理论文2000字关于黑洞

黑洞已不是完全“黑”的，也不单纯是个“洞”，它既可以通过吸积物质使质量增加，也可以向外发射物质，而使质量减小。
在量子力学里，真空并不意味着没有任何场，粒子或能量。量子真空是一种能量为最低的状态，它只是被称作“真空”而已，实际上能量为零的状态是不存在的。
真空不空
时间和能量的测不准原理解释了为什么真空不空。由于质量与能量的等价性，真空中的能量涨落就可以导致基本粒子的生成。1928年，保罗.狄拉克发现，每一种基本粒子都有一种对应的反粒子，二者质量相同，其他性质呈“镜像”对称。两者相遇，就会相互湮灭，将质量转化为能量。因此，一个粒子和它的反粒子就表示相当于它的静质量的两倍的能量，反过来，一定的能量也可以被看作是一对正反粒子。于是，由于能量涨落而躁动的量子真空就成了所谓“狄拉克海”，其中遍布着自发出现而又很快湮没的正反粒子对。在不存在任何力的量子真空里，粒子对不断地产生和消灭，所以平均而言，就没有任何粒子或反粒子真正产生或是消灭。由于这些粒子瞬时存在而不能被直接观测到，所以被称为虚粒子（可以是虚光子，虚电子，虚质子等）。其实虚粒子和实粒子并没有本质的区别，只是虚粒子没有足够的能量，存在的时间极短。如果它能从外界获得能量，就可以存在足够长的时间而升格为实粒子。设想，有一电场，作用在真空上。当一对正负电子在正空中出现时，它们就会被电场沿相反的方向分离。如果电场足够强，它们就会分离的足够远，以致于不能再相互碰撞和湮灭。这时的虚粒子就成为实粒子，这时的真空就被称为是极化的。
但是，真空是不容易被极化的，需要有很高的能量密度才能使虚粒子对分离和实粒子出现。而产生极化所需的能量的形式并不重要，它们可以是电能，磁能，热能，引力能等。
遇到的问题
不确定性原理告诉我们，真空中到处存在着虚粒子的海洋。这种紧张的量子行为的虚粒子海洋同样也出现在黑洞事件视界周围的空间区域。
不确定性定理说明，如果一个粒子的位置被确定，它的速度就会变得不确定。如果一个粒子落入黑洞，它的位置已经被确定（在奇点），所以它的速度就不确定，甚至超过光速而逃出视界。
由于所有形式的能量都等价于质量，所以我们当然会想到引力能也会被自发地转变成粒子。霍金发现，对于微黑洞来说，量子真空会被它周围的强引力场所极化（这一点是至关重要的），在狄拉克海里，虚粒子对在不断产生和消失，一个粒子和它的反粒子会分离一段很短的时间，于是就有四种可能性：两个伙伴重新相遇，并相互湮灭（过程I）；反粒子被黑洞捕获，而正粒子在外部世界显形（过程II）；正粒子被捕获而反粒子逃出（过程III）；双双落入黑洞（过程IV）。霍金计算了这些过程发生的几率，结果发现过程II最为常见。由于有倾向地捕获反粒子，黑洞自发地损失了能量，也就是损失了质量。由于微黑洞的尺度与基本粒子相当，能量的“跃迁”可能足以使粒子运动一段大于视界半径的距离，其结果就是粒子逃出，在外部观测者看来，黑洞在蒸发，即发出粒子流。其实粒子并没有真的跳过视界“墙”，而是从一个由不确定性原理短暂地打通的“遂道”穿过。这样的过程反反复复在黑洞视界的周围发生，从而，形成一股不断的辐射流，黑洞发光了。
霍金计算
霍金的计算表明，黑洞的蒸发辐射具有黑体的所有特征。它赋予了黑洞一个真实的，在整个视界上同一的，直接由视界处的引力场强度来决定的温度。
对史瓦西黑洞来说，温度与质量成反比。质量与太阳一样的黑洞，其温度是微不足道的，开氏（即绝对零度以上）十的负七次方度。不是零，但小的可怜；黑洞并不是完全的黑，但一点也不亮。很遗憾，这样低温的辐射实在太微弱了，是不可能在实验室中探测出来的。
霍金的计算还有一个重要发现：黑洞的质量越小，温度越高，辐射也越强。显然，蒸发只有对微型黑洞来说才有特别的影响，而微型黑洞的温度是很高的。在黑洞中，质量越大的黑洞，温度越低，蒸发的越慢；质量越小的黑洞，温度越高，蒸发的也越快。
对于微黑洞来说，温度非常之高，可达千万开甚至上亿开，随着蒸发的加剧，质量丢失的很快，温度会迅猛地上升，随着温度上升的加快，质量丢失的就更厉害，这中过程会以疯狂的形式演变，最终黑洞被摧毁，以猛烈的爆发而告终，所有粒子都得到了大赦（对巨型黑洞来说发射粒子的过程十分缓慢，相当于蒸发；而对微黑洞来说，发射粒子的过程十分迅猛，相当于爆发）。
对于星系中心的巨型黑洞来说，其蒸发的过程将远远超出宇宙的年龄，假定宇宙有足够长的寿命，并且不回缩，那么这类黑洞最终也还是要蒸发掉。不过这类黑洞目前还是吸积远大于蒸发，以吸积为主。只有当宇宙后来的温度降到比这类黑洞的温度还低时，它们才开始以蒸发为主。然而这个过程太慢长了，等到它们开始蒸发，也将远远超出宇宙的年龄，而它们要蒸发完毕，大约要十的九十九次方年。

写点关于黑洞的论文，肤浅一些的，看着像自己写的，稿纸5页。

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

黑洞文章，400字以上

黑洞（black hole）

黑洞是宇宙中最神秘的物体，所以叫它黑洞，是因为它们本身不会发出任何可见光。虽然它们曾经是宇宙中最明亮的物体，但当它们在生命结束时的爆发中抛却了明亮的外壳，只留下了超压缩的内核。这个内核的引力极其强大，以致于光也不能从它那里逃逸。所以也就不会有人看到它。它不仅不可见，而且还能吞噬所有靠近它的物质。（右图为画家笔下的星系核在黑洞作用下喷发物质。）

当一颗超新星爆发时，恒星的核一般要塌缩成中子星，但如果这个核的质量大于三个太阳，它就会变成黑洞了。黑洞虽然看不见，但却可以用其他方法探测到它的存在。黑洞只有在靠近另外一颗恒星时才会被探测到。黑洞强大的引力将它附近恒星的气流高速拉到自己身上，它就像一口无底的深井，吸着四周的一切。气体向黑洞倾泄，在黑洞周围形成一个旋涡叫吸积盘。气体间强烈的摩擦使旋转的气体变热发出强光，最热的部分达到1亿摄氏度，这些气体在坠向黑洞时会发出X射线。天文学家最近找到了一个巨大的黑洞，它位于125亿光年以外一个星系的中心，它向宇宙中释放出两道高能物质喷流，并且其中有一道喷流或多或少指向我们地球的方向。初步估计这个黑洞的质量是太阳的100亿倍。

黑洞的巨大引力甚至扭曲了空间和时间。物理学的定律在黑洞的中心失去了意义。没人可以看到黑洞的内部，但数学家却可以证明。计算的结果可能大大出乎人们的想像——黑洞可能是通向其他宇宙的大门。爱因斯坦把空间比喻成一个有弹性的平面，比如说像气球皮。如果把一个球放到这个平面上，它就会出现一个凹陷。球越重越大，凹陷也越深。人们把这形象地称为引力井。如果物质被引力吸入井中，它将永远告别这个宇宙，而可能以另外的形式出现在井的那一端。

黑洞是引力极强的、理论上存在的宇宙体。任何东西，甚至光也不能从其中逃逸。黑洞能够在大质量恒星的死亡时形成。每当一个这样的恒星在它的演化终端阶段已耗尽其内部的热核燃料之时，它变得不稳定并向内引力坍缩。死亡恒星的物质的重量从各个方向向内挤压，并压成一个体积为零，密度为无限大的称为奇点的一点。根据爱因斯坦广义相对论可计算出一个黑洞的结构细节。奇点是黑洞的中心，它被该天体的“表面”（即视界）所屏蔽。在视界以内，物质从其引力场中向外溢出所需的逃逸速度超过光速，所以任何光线也不可能逃离而进入空间。视界的半径称为史瓦西半径。这是德国天文学家史瓦西预言存在发射不出辐射的坍缩恒星天体而得名。史瓦西半径的大小和坍缩恒星的质量成正比。一个10倍于太阳质量的黑洞的半径应是30公里。只有质量超过3个太阳质量的恒星在它们生命的末端才可能变成黑洞；质量较小的恒星则演变成压缩程度较小的白矮星或中子星。最有可能发现一个黑洞的天区似乎应在一个普通恒星附近，因为只能根据黑洞对邻近物质的引力效应，才能检测出它的存在。

如果一个黑洞是一个双星的成员天体，从其伴星中流向它的物质将被强烈地加热，并于进入黑洞的视界之前，辐射出大量的X射线，最后永远地消失不见。许多天文学家认为X射线双星天鹅座X-1的一个子星是黑洞。1971年在天鹅座发现的这个双星由一个蓝超巨星和一个看不见的伴星组成，二子星相互绕转的运动周期是5.6日。

有些黑洞被认为是非星起源的。理论上，当任何质量的物质被压缩到足够大的程度时，都可能形成黑洞。许多天文学家都推测，在类星体和有爆发活动的特殊星系的中心，大量的星际气体可以集聚并坍缩成超大质量黑洞。据估算，气体物质快速落入黑洞产生的能量，超过同等质量的物质在核聚变过程中释放的能量100倍。按照这一观点，几百万或几十亿个太阳质量的星际气体在引力作用下坍缩为一个巨型黑洞所产生的能量可以理解类星体和某些星系的巨大能量输出。20世纪80年代中期，已有越来越多的观测证据支持银河系中心存在一个质量为400万个太阳质量的超大黑洞的说法。

还有科学家认为，银河系中的逃逸恒星在不断运行中相互撞击、挤压形成星团，而星团中心不断积聚的恒星在随后的爆炸和死亡过程中形成中等质量的黑洞。如果一颗“闯入星团中心的逃逸恒星在爆炸成为超新星前质量达到太阳的800至3000倍，它就有可能在随后的爆炸中使星团形成质量约为100至1000个太阳质量的中型黑洞。发生这种情况的前提条件是，该星团形成时间短且密度大。

英国天体物理学家霍金提出，还存在另一种类型的非星黑洞。根据霍金理论，在大爆炸期间，距今约200亿年前，当时的宇宙处在极高的温度和极大的密度状态，那时有可能产生为数众多的微型原生黑洞。这种所谓微型黑洞和大质量黑洞不同，它们不断地损失质量直到消失。在一个微型黑洞和极近处，可以形成诸如质子和反质子这类的亚原子粒子。当一个质子和一个反质子从微型黑洞的引力中逃逸，它们将湮灭并产生能量，即从黑洞中带走能量。如果这一过程一再重复，微型黑洞则耗损掉它的全部能量，也就是全部质量。这就是黑洞蒸发。

黑洞具有一定的温度，其值与黑洞的质量成反比。1974年，霍金证明，如果考虑到黑洞周围空间中的量子涨落，则黑洞的确具有与它的温度相对应的热辐射。计及量子效应后，黑洞不再是完全“黑”的了,它也会发射,甚至出现剧烈的爆发。寻找黑洞，是相对论天体物理学的重要课题。孤立的黑洞难于观测，因此，观测工作着重于在双星体系中证认黑洞。目前，认为最有可能是黑洞的天体，是天鹅座X-1。天鹅座X-1是密近双星中的一个星体。它所发射的X射线没有规则的脉冲结构,但却具有短时标的脉动涨落,脉动时标在几毫秒到10秒范围内；它的质量大于5.5太阳质量，大于致密星的临界质量。这些特征都符合黑洞的特性。另外，观测还表明，在椭圆星系M87的核心，可能有质量为9×109太阳质量的大型黑洞。M87的特征是：在核心处有异常的亮度分布，颜色较蓝，弥散速度也较大。这些都与黑洞模型相符合。按照大爆炸宇宙学，在宇宙早期可能形成一些小质量黑洞,一个质量为10-15克的黑洞,其空间尺度只有10-13厘米左右（相当于原子核的大小）。小黑洞的温度很高，有很强的辐射。