热学教学大纲6-2 第六章 节 之二.ppt

黑 洞 显然，即使是光，也无法从具有引力半径的星球表面向外逃逸，这样的星球实际上就是一个黑洞。 在恒星演化的晚期，由于其内部核心的核燃料已经耗尽，无法产生足够的辐射压力来平衡引力，就会出现引力坍缩现象，如果此恒星的质量比较大时，它最后就可能会演化成黑洞。 宇宙的平均密度和临界密度  宇宙的平均密度 对起源于大爆炸的宇宙而言，其中的任何物质，无论它如何运动，显然都不可能脱离开宇宙。 因此，宇宙就相当于一个大黑洞，其引力半径当然也就是哈勃长度ct0.  设宇宙的平均密度为 ? ，将引力半径的计算公式（即：Rg=2GM/c2）应用于宇宙，则可知 ct0=2G{?[4?(ct0)3/3]}/c2. 把上式中的一些不等于零的c和t0消去后，就可以得到宇宙的平均密度为 ?=3/(8?Gt02).  由于 t0=H0-1，因此还可以用哈勃常数把宇宙的平均密度表示为 ?=3H02/(8?G).  闭宇宙和开宇宙与平直宇宙 如果宇宙的平均密度比较大，引力的作用比较强，宇宙的膨胀就会逐渐变慢，直到完全不再膨胀，并转而变为收缩，最终出现大暴缩，这样的宇宙称为闭宇宙。 如果宇宙的平均密度比较小，引力的作用比较弱，此时虽然宇宙的膨胀也会逐渐变慢，但是宇宙的膨胀却仍然能够一直持续下去，这样的宇宙称为开宇宙。 如果宇宙的平均密度刚好处于上述两种情况之间的临界状态，它正好等于宇宙的临界密度?c，即?=?c，那宇宙的 膨胀虽然也会一直持续下去，不过膨胀速度的减小将比开宇宙要快，但是却又永远不可能停止下来转为收缩，这样的宇宙称为平直宇宙。 宇宙微波背景辐射的发现 1964年至1965年，彭齐亚斯和威尔孙在研究人造卫星通讯中的噪声时发现，在太空中总有一些无法消除的、各向同性的微波噪声，称为宇宙微波背景辐射。 后来由 “宇宙背景探测者” 卫星 (COBE) 所观测到的宇宙微波背景辐射谱（见图）能与黑体辐射的普朗克公式高度符合，这有力地证明了宇宙微波背景辐射的黑体性质。  宇宙微波背景辐射的发现对大爆炸宇宙学说提供了有力的支持和印证，彭齐亚斯和威尔孙因而获得了1978年的诺贝尔物理学奖。 但是，勒梅特和伽莫夫因为已先后于1966年和1968年谢世，故此二人倒并未获诺贝尔奖。  与此类似，早在1953年时，据说诺贝尔奖评选委员会曾经考虑把当年的物理学奖授予哈勃，但这时却传来了他猝死于望远镜旁的噩耗。因此，哈勃并未获诺贝尔奖。  马瑟和斯穆特借助 “宇宙背景探测者” 卫星(COBE)所获得的信息，发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性，因而获得了2006年的诺贝尔物理学奖。 根据宇宙微波背景辐射谱与黑体辐射公式的高度符合，可以确定现今的宇宙微波背景辐射温度T0为[1]  T0=2.725?0.001 K. [1] Nakamura K，et al (Particle Data Group).  Review of Particle Physics.  Journal of Physics Nuclear and Particle Physics，2010，37(7A)： 102～103  科学发现的机遇 研究中得到的一系列成果比原始问题更重要是一种普遍现象。哥伦布最初只是想找一条去印度的新路，结果意外的收获是他发现了新大陆。 ——丁肇中 1846年发现了海王星。其实，法国天文学家拉朗德早在 1795年 5 月 8日和10日两夜间就曾经发现有一颗星的位置有微小的变化。但他不假思索地认为 这是观测误差，在公布观测记录时，他删去了 8 日的数据，并在10日的数据后面加了个问号，失去了提前半个世纪发现海王星的良机。  1974年诺贝尔物理学奖授予了脉冲星的发现者。实际上，在几个月前，就有位射电天文学家在观测时收到过一些莫名其妙的脉冲讯号。  但他却怪助手没有维护好仪器，对仪器狠狠踢了一脚，奇怪的讯号消失了，他也就和诺贝尔物理学奖擦肩而过。 在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。 ——巴斯德 引力半径与黑洞  星球的表面逃逸速度 设星球的质量为M、半径为R，引力常量为G，则此星球的表面逃逸速度 v 为 v=(2GM/R)1/2. 对于地球，其表面逃逸速度就是第二宇宙速度（约为11.2 km?s-1）。 引力半径 如果保持星球的M 不变，而它的 R