微型黑洞 北京大学.pptVIP

现代天文学 第十讲 黑洞 北京大学天文系 吴鑫基 比喻时空弯曲的例子 原来平直，因中间 放了一个铅球而弯曲 放一个小球在上面， 它会滚入中央的铅球 处。若小球有横向速度，将绕铅球转起来。 牛顿：铅球的万有引力吸引了小球； 爱因斯坦：由于铅球的存在使空间弯曲了，小 球并未受到任何力，只在弯曲空间作自由（惯 性）运动。 广义相对论的三大预言 爱因斯坦场方程，很复杂， 由10个方程组组成，非常难解。 近似解给出三大预言： 1，光线偏折 (时空弯曲）； 2，引力红移 （时空弯曲处， 时间会变慢）； 3，轨道进动； 广义相对论的黑洞 质量一定的恒星，其半径越小，对周围时 空弯曲作用越大。半径小到一定程度后，朝 某些角度发光就将沿弯曲空间返回恒星表面。 这就是黑洞。 超新星爆发后，形成的中子星的质量超过 2个～2个太阳质量引力仍大于简并中子气压， 继续塌缩，形成黑洞。 飞船靠近黑洞表面 地球上看：飞船越趋近黑洞，走得越慢；飞船发出的光线的频率越来越长，飞船变得越来越红，越来越暗，逐渐冻结在黑洞的表面上，消失在黑暗中。 飞船上：除了潮汐力不断加大之外，感觉不到任何异常，并将进入黑洞。当然，强大的潮汐力可能将飞船和宇航员撕裂。 黑洞蒸发 如果有电场存在：当一对正负电子在真空中出现，它们会被电场沿相反方向分离，就不能再碰撞和湮灭。 微型黑洞的强引力场，相当于电场的作用。 导致正反粒子会分离一段很短的时间。正粒子或反粒子都有可能掉入黑洞，其中反粒子掉入的可能性大一些，因此在黑洞视界外就有一些正粒子，相当于黑洞发射了正粒子。黑洞在蒸发，发出粒子流。 微型黑洞 在宇宙的初始时刻或在超新星爆发时，有可能形成微型黑洞。其质量相当于一座山，尺度如同一个基本粒子。 质量为100万吨的黑洞，黑洞半径只有质子大，能维持10年。黑洞的寿命与其质量的立方成正比。 * 一，黑洞概念的提出 二，各种黑洞 三，寻找黑洞 1，第二宇宙速度(逃逸速度) 根据动能(mv2/2)引力势能(GMm/R)导出 R愈小，M愈大，逃逸速度愈大； 逃逸速度达光速，光不能离开，形成黑洞； 地球半径压缩到0.9厘米，就形成黑洞； 一，黑洞概念的提出 1795年，拉普拉斯预言：“一个密度和 地球一样而直径为太阳的250倍的发光恒 星，引力将不允许任何光线离开它，不能 被我们看见。” 称这种天体为“黑暗的一团”。 1783年英国牧师、地质学家约翰·米歇 尔还早于拉普拉斯提出几乎一样的看法。 2，黑洞的预言 广义相对论 G=8πT 张量 3,广义相对论关于黑洞的概念 弯曲时空＝物质的能量动量 物质告诉时空怎么弯曲； 时空告诉物质怎么运动。 最简单：不旋转，不带电,仅有质量参数； 垂直于表面发射的光都被捕获处的半径， 表示黑洞的半径 Rs=2GM/c2 算出：太阳的史瓦西半径为3千米，地球仅 为0.9厘米。与由牛顿力学推导出的公式所给 出的估计是一致的。 1,史瓦西黑洞（球形黑洞） 二，各种黑洞 视界：史瓦西半径是 黑洞的边界。物质（包 括光）一旦落入视界之 内，就再也不能逃出视 界。 中心奇点：黑洞除中心 有物质以外，其它地方空无一物，中心点的物 质密度、引力都是无穷大，故称奇点。 黑洞对外界光线的影响 黑洞有自转，偏离 球形而成椭球体。 旋转黑洞有两个参 量：质量和角动量。 旋动黑洞的周围就 像宇宙中的一个引力 大旋涡，旋涡中心是黑洞，在旋涡附近的物体 都会吸向旋涡中心。 2，克尔旋转黑洞 不再是中心的奇点，而是一个平躺在赤道面上 的奇异环。进入克尔黑洞的飞船只要不进入奇异 环所在的赤道面，飞船可以在其附近自由飞翔。 黑洞的质量没有上限。特大质量的黑洞形 成途径： 比较大的恒星级黑洞逐步吞食附近的物质 形成； 恒星集团的引力坍缩而形成； 宇宙早期形成的大大小小质量的黑洞，包 括特大质量的原初黑洞。 3，特大质量黑洞 史蒂芬·威廉·霍金 1942年生，17岁 上牛津大学，后到 剑桥大学读博士。 21岁得了帕金森 氏病，面临“早逝”的危险，他才开始学天文学。 1970年，完全被禁锢在轮椅上，头也抬不起来， 失去了说话的能力。继续天文学的研究。 4，霍金的量子黑洞 黑洞是一个绝对的吸收体，它只可能与外界发生单向的物质与质量的传递。 霍金说：黑洞不黑，黑洞可能辐射能量，可能发射粒子。但仅对微型黑洞有效。 黑洞不黑 黑洞因捕获负粒子而损失能量，相当于黑洞发射的辐射。辐射为热谱。质量越大温度越低，质量10亿吨的微黑洞，有一千二百多亿度的高温，辐射很强。 * * * * *