黑洞、白洞和虫洞.ppt

主要内容 黑洞的形成与寻找 虫洞 白洞 黑洞、虫洞和白洞之间的关系 一、黑洞 黑洞的成因与分类； 黑洞的碰撞和黑洞的蒸发 黑洞的寻找 1. 黑洞的成因与分类 概述：1）黑洞是我们宇宙中最奇怪、最神秘的物体。天文学家相信在宇宙中有无数的黑洞，并且认为黑洞是涵盖了一切事物开始的关键。 2）黑洞是根据现代的广义相对论所预言的，在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体和星体（并非为一个“洞”）。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩而形成。黑洞的质量是如此之大，它产生的引力场是如此之强，以致于任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也逃逸不出来。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体，故名为黑洞。在黑洞的周围，是一个无法侦测的事件视界，标志着无法返回的临界点。 成因：1）一个大质量的恒星在其生命最后阶段会因自身的引力而坍缩。它自身的引力是如此之强，使它的核坍塌直至成为一个没有大小、密度极大的数学上的点。 3）在宇宙大爆炸的早期，宇宙的压力和能量是如此之大，足以使一些物质小团块压缩成为不同尺度和质量的太初黑洞。 黑洞的分类：根据质量、角动量和电荷 1）史瓦西黑洞：最简化的无电荷、无转动的球对称黑洞； 2）雷斯勒—诺斯特诺姆黑洞：有电荷、无转动的球对称黑 3）克尔黑洞：无电荷但有转动的黑洞 4）克尔—纽曼黑洞：又带电荷又有转动的黑洞。 众所周知，黑洞是看不见的，因此科学家们只能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力作用来判定它的存在。 一般来讲，天文学家们将黑洞分为两类：星状黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相当于几个太阳的恒星坍缩形成，而超大质量星状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。 2. 黑洞的碰撞和黑洞的蒸发 早期宇宙物质的分布相对集中，彼此之间相隔的距离不远，在各处飘荡着的黑洞很有可能相互遭遇，导致两个具有强大引力场的天体发生剧烈的碰撞，然后合而为一。 在一些星系内部，星系中心的强引力会使邻近的恒星及星际物质更加趋向中心，当聚集在一起的质量大到一定程度的时候，就会坍缩成黑洞。 星系中心区域的一些大质量恒星死亡后坍缩成小黑洞，它们有许多机会相互碰撞而形成更大的黑洞。 2.2 黑洞的蒸发： 一般认为，黑洞一旦形成就不会转化为别的什么东西。黑洞的质量只会因吸进外界的物质而增加，绝不会因逃脱物质而减少。也就是说，按照经典物理学，黑洞是不能向外发出辐射的。 1974年霍金提出黑洞蒸发理论：按照量子力学，可以允许“粒子”从黑洞中逃逸出来。 量子力学表明，整个空间充满了“虚的”粒子反粒子对，它们不断地成对产生、分开，然后又聚到一块并互相湮灭。 在黑洞存在的情形下，虚粒子对中的一个成员可以落到黑洞里去，留下来的另一个成员就失去可以与之相湮灭的配偶。这个被背弃的粒子或反粒子，可以跟随其配偶落到黑洞中去，但是它也可以逃逸到无穷远去，作为从黑洞发出的辐射而存在。 由于黑洞质量越小，其引力场就越小，粒子逃逸的过程就变得越容易，因此黑洞粒子的发射率及其表面温度就越大。 黑洞向外辐射粒子导致黑洞质量减小，进一步导致了辐射速率和温度的上升，因而黑洞的质量就减小得更快。当黑洞的质量变得极小的时候，它将在一个巨大的、相当于千百万颗氢弹爆炸的发射中结束自己的历史。 3. 黑洞的寻找 白矮星：也称简并矮星，是一种由电子之间不相容原理排斥力所支持的稳定恒星，由电子简并物质构成的小恒星。 形成过程：在红巨星阶段的末期，恒星的中心会因为温度、压力不足或者核融合达到铁阶段而停止产生能量，恒星外壳的重力会压缩恒星产生一个高密度的天体。 白矮星的内部不再有物质进行核融合反应，因此恒星不再有能量产生，也不再由核融合的热来抵抗重力崩溃；它是由极端高密度的物质产生的电子简并压力来支撑。 物理学上，对一颗没有自转的白矮星，电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就是钱德拉塞卡极限。 如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量，那么原子核之间的电荷斥力不足以对抗重力，电子会被压入原子核而形成中子星。 白矮星致密的球体拥有几乎像太阳一样的质量，但是体积只有地球那么大。 由于白矮星体内已经没有什么燃料可以燃烧，因此它们通常只通过发射本身储藏的热量，发出非常微弱的光。 白矮星被认为是一颗恒星的生命终点，我们银河邻域的大部分恒星正在一步步迈进这个阶段，其中包括太阳，但是仅有大约3%的邻域恒星的质量足够大，可以进一步转变成超新星。 中子星：又名波霎，是恒星演化到末期经由重力崩溃发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。即质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩形成的一种介于恒星和黑洞的星体，其密度比地球上任何物质密度大相当多倍。 形成过程： 恒星在核心的氢于核聚变反应中耗尽，完全转变成铁时便无法从核聚变中获得能量。失去热辐