史瓦西黑洞!最尋常黑洞視頻

1、史瓦西黑洞！最尋常黑洞視頻史瓦西黑洞是什么？史瓦西黑洞就是所謂的“尋常黑洞”。 它是直接由較大的恒星演化而來的。恒星到晚期時(shí)核燃料消 耗殆盡，輻射壓（光壓）急劇減弱，星體在其自身引力的作 用下坍縮。若質(zhì)量（指原恒星的質(zhì)量）大于 3 倍的太陽，其 產(chǎn)物就是黑洞。在宇宙空間里，此類黑洞具多數(shù)，其最大質(zhì) 量一般不超過 50 倍的太陽。簡單的說，史瓦西黑洞就是太陽數(shù)十億年后變成的黑洞模樣， 至于黑洞里面是什么，我們無法得知，反正就是一頭怪獸。 史瓦西黑洞史瓦西黑洞最早在 1916 年由史瓦西 （Schwarzchild） 提出來的， 史瓦西黑洞的設(shè)定是不帶電不自 旋轉(zhuǎn)的黑洞，黑洞中心為奇點(diǎn)， 黑洞的外

2、圈為事件視界， 又稱史瓦西半徑。時(shí)空里可能發(fā)生的事件到了事件視界上， 就好像面臨了穹端極界， 停滯不變了， 對(duì)外部的觀察者看來， 時(shí)間好像停止不動(dòng)了。 對(duì)于一個(gè)靜止不帶電的史瓦西黑洞， 它的周圍時(shí)空可以利用史瓦西度規(guī)描述史瓦西黑洞的區(qū)間 微分平方。 利用其可算出史瓦西黑洞的半徑即事件穹界的 大小為r = 2MG / cA2 。史瓦西半徑是任何具重力的質(zhì)量之 臨界半徑。在物理學(xué)和天文學(xué)中，尤其在萬有引力理論、廣 義相對(duì)論中它是一個(gè)非常重要的概念。1916年卡爾史瓦西 首次發(fā)現(xiàn)了史瓦西半徑的存在，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)半徑是一個(gè)球狀 對(duì)稱、不自轉(zhuǎn)的物體的重力場的精確解。一個(gè)物體的史瓦西 半徑與其質(zhì)量成正比。太

3、陽的史瓦西半徑約為 3 千米，地球 的史瓦西半徑只有約 9 毫米。小于其史瓦西半徑的物體被稱 為黑洞。在不自轉(zhuǎn)的黑洞上，史瓦西半徑所形成的球面組成 一個(gè)視界。（自轉(zhuǎn)的黑洞的情況稍許不同。 ）光和粒子均無法 逃離這個(gè)球面。銀河中心的超大質(zhì)量黑洞的史瓦西半徑約為 780 萬千米。一個(gè)平均密度等于臨界密度的球體的史瓦西半 徑等于我們的可觀察宇宙的半徑。史瓦西黑洞視頻史瓦西黑 洞如何形成廣義相對(duì)論認(rèn)為，黑洞是大質(zhì)量恒星坍縮的必然 結(jié)果。恒星是依靠內(nèi)部不斷進(jìn)行的核聚變產(chǎn)生的輻射壓與物 質(zhì)間引力維持平衡的。 隨著核燃料的逐漸減少， 平衡被打破， 恒星在引力作用下坍縮，其中質(zhì)量大于太陽質(zhì)量 3.2 倍的恒

4、星將坍縮為黑洞。大質(zhì)量星，尺度遠(yuǎn)大于史瓦西半徑，光線 幾乎沒有偏轉(zhuǎn)，從恒星表面某一點(diǎn)發(fā)出的光可以朝任意方向 直接射出。表示隨著恒星半徑減小。時(shí)空彎曲度增大，光線 彎曲，出射光線會(huì)像噴泉中的水一樣回落恒星表面，遠(yuǎn)處觀 測者只能偶然看到少數(shù)逃逸出來的光子。表示隨著引力坍縮 繼續(xù)發(fā)展，光的“逃逸錐”不斷縮小。恒星尺度減至史瓦西半 徑時(shí)，所有光線均被捕獲，逃逸錐關(guān)閉，黑洞形成。史瓦西 黑洞使不帶電的球?qū)ΨQ恒星坍縮形成的黑洞。從數(shù)學(xué)上來說，史瓦西黑洞就是其外部的引力場符合史瓦西 解的黑洞。史瓦西研究的是在絕對(duì)真空中完全球?qū)ΨQ的，在 塌縮過程中沒有絲毫物質(zhì)異動(dòng)， 不帶電荷， 沒有絲毫旋轉(zhuǎn)的， 標(biāo)準(zhǔn)理想化恒

5、星的塌縮過程，以及它內(nèi)外時(shí)空的場方程解。 史瓦西黑洞，是尋常黑洞的發(fā)祥地，它有一個(gè)視界和一個(gè)奇 點(diǎn)。視界，是物體能否回到外部宇宙的分界面， 在視界外面， 物體可以離開或者接近黑洞而保持安全。而在視界上，只有 光速運(yùn)動(dòng)的物體可以保持不進(jìn)入黑洞，但是連光也無法從這 個(gè)面中逃脫。如果不幸進(jìn)入了視界內(nèi)部，那么就再也無法出 來或者和任何人聯(lián)絡(luò)了。此外，視界也是時(shí)間和空間屬性顛 倒的地方，在視界內(nèi)，空間是類時(shí)的，時(shí)間是類空的。奇點(diǎn)，是黑洞奇異性的來源，也就是黑洞中允許相對(duì)論和量 子理論同時(shí)大規(guī)模作用于同一個(gè)物體的源泉。任何接觸到奇 點(diǎn)的物質(zhì)（包括場）必然被奇點(diǎn)摧毀，被分解為純粹的基本 粒子和時(shí)空單體，即使

6、是形成這個(gè)黑洞、這個(gè)視界、這個(gè)奇 點(diǎn)的恒星，也將被它摧毀而不再對(duì)黑洞產(chǎn)生任何影響。找尋 黑洞是當(dāng)代天文學(xué)的一個(gè)重要課題，銀河系內(nèi)的恒星級(jí)黑洞 候選者有天鵝座 X-1 等。另外天文學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)大星系的中 心通常會(huì)隱匿著一個(gè)百萬太陽質(zhì)量以上的巨型黑洞。如在超 巨星系 M87 的中心就很可能隱匿著質(zhì)量達(dá) 30 億個(gè)太陽的黑 洞。而按照大爆炸學(xué)說，在宇宙形成早期可能會(huì)產(chǎn)生一些質(zhì) 量為 10 的 15 次方克的小黑洞。 黑洞是廣義相對(duì)論預(yù)言的一 種特殊的天體。 其基本特征是有一個(gè)封閉的視界。 任何東西， 包括光在內(nèi)，只要進(jìn)入視界以內(nèi)都會(huì)被吞噬掉。黑洞的概念最早出現(xiàn)是 1798 年，當(dāng)時(shí)拉普拉斯根據(jù)牛頓力

7、 學(xué)計(jì)算出，一個(gè)直徑為太陽 250 倍而密度與地球一樣的天體， 其引力足以捕獲其發(fā)出的光線而成為一個(gè)暗天體。 1939 年， 奧本海默根據(jù)廣義相對(duì)論證明一個(gè)無壓球體在自身引力作 用下能坍縮到直徑小于某個(gè)臨界半徑且無自轉(zhuǎn)的時(shí)候，這個(gè) 黑洞就稱為球?qū)ΨQ的史瓦西黑洞。自從史瓦西給出了愛因斯坦場方程的解以后，許多種類的黑 洞模型先后被科學(xué)家從愛因斯坦場方程的框架下產(chǎn)生出來。 所提出的黑洞類型，儼然形成了一個(gè)黑洞家族。其中，最為 尋常的是史瓦西黑洞，它是被研究討論的首要成員。史瓦西 黑洞分為哪幾種超大質(zhì)量黑洞假如一個(gè)天體的密度為 1000 千克 /立方米（水在普通條件下 的密度），而其質(zhì)量約為 1.5

8、億個(gè)太陽質(zhì)量的話， 它的史瓦西 半徑會(huì)超過它的自然半徑，這樣的黑洞被稱為是超大質(zhì)量黑 洞。絕大多數(shù)今天觀察到的黑洞的跡象來自于這樣的黑洞。般認(rèn)為它們不是由星群收縮碰撞造成的，而是從一個(gè)恒星黑洞開始不斷增長、與其它黑洞合并而形成的。一個(gè)星系越 大其中心的超大質(zhì)量黑洞也越大。 恒星黑洞假如一個(gè)天體 的密度為核密度(約 1018 千克 /立方米，相當(dāng)于中子星的密 度)而其總質(zhì)量在太陽質(zhì)量的三倍左右則該天體會(huì)被壓縮到 小于其史瓦西半徑，形成一個(gè)恒星黑洞。微黑洞小質(zhì)量的史瓦西半徑也非常小。一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于喜馬拉雅山 的天體的史瓦西半徑只有一納米。目前沒有任何可以想象得 出來的原理可以產(chǎn)生這么高的密度。一些

9、理論假設(shè)宇宙產(chǎn)生 時(shí)會(huì)產(chǎn)生這樣的小型黑洞。 黑洞黑洞是廣義相對(duì)論預(yù)言的 一種特殊的天體。其基本特征是有一個(gè)封閉的視界。任何東 西，包括光在內(nèi)，只要進(jìn)入視界以內(nèi)都會(huì)被吞噬掉。 黑洞 的概念最早出現(xiàn)是 1798 年，當(dāng)時(shí)拉普拉斯根據(jù)牛頓力學(xué)計(jì) 算出，一個(gè)直徑為太陽 250 倍而密度與地球一樣的天體，其 引力足以捕獲其發(fā)出的光線而成為一個(gè)暗天體。 1939 年， 奧本海默根據(jù)廣義相對(duì)論證明一個(gè)無壓球體在自身引力作 用下能坍縮到引徑rg °g=2GM/(c*c)當(dāng)天體的質(zhì)量M大于臨 界質(zhì)量 Mc 時(shí)，引力坍塌后就不可能達(dá)到任何的穩(wěn)態(tài)，只能 形成黑洞。黑洞只有三個(gè)特征量分別是質(zhì)量M、角動(dòng)量J和電荷Q。Q=0的黑洞為軸對(duì)稱的克爾黑洞，J=Q=O時(shí)的黑洞為球?qū)ΨQ的史瓦西黑洞1974 年，霍金證明黑洞具有與其溫度相對(duì)應(yīng)的熱輻射，稱 為黑洞的發(fā)射。黑洞的質(zhì)量越大，溫度越低，發(fā)射過程就越 慢，反之亦然。為什么叫史瓦西黑洞？卡爾史瓦西(KarlSchwarzschild ， 1873 1916 )德國天文學(xué)家、物理學(xué)家。1873 年 10 月 9 日生于法蘭克福， 1916 年 5 月 11 日卒于波 茨坦。他 16 歲時(shí)寫出關(guān)于三體問