视界面望远镜:为黑洞拍下史上第一张“照片”

<正>做黑洞研究将近20年,我常常被人问到"黑洞是什么样的",说实话,我并不确定。除了在论文课件中自制的效果图,第一次"亲眼"看到黑洞形象是2015年在电影院里,荧幕上是《星际穿越》中的黑洞"卡冈图雅"——深不见底的黑色中心与明亮立体的气体圆环——相对论物理学家基普·索恩为影片设计的黑洞形象(图1),和想象中的相差无几。从广义相对论推知而来的黑洞,就存在于宇宙深处,这一点在21世纪的今天或已无可置疑。     

人类首张黑洞照片

<正>这段时间一张照片引起了人们高度的关注,被世界各国媒体争相报道,这便是黑洞的照片。多年以来,人们只知道宇宙间有黑洞,却不知黑洞长什么样?没有影像资料,过去人们对黑洞的认识也只能靠科学家大概的描述。但是北京时间2019年4月10日21时,由多个国家科研人员组成的"事件视界望远镜"     

黑洞与奇点（英文）

黑洞可以说是引力最极端的体现,其视界内是个连光也逃不出去的时空区域。近来黑洞在天文观测方面取得令人惊讶的发展,这其中包括:黑洞碰撞的引力波探测以及M87星系的超大质量黑洞的所谓第一张黑洞照片。但是在理论的层面上,黑洞物理尚有许多未解之谜。其中,信息遗失的悖论是最有名的。但是,有另一个问题至少和信息的丢失一样–甚至更加–令人费解的,就是黑洞内部的奇点性质。时空奇点是广义相对论本身无法描述的,在那里究竟发生什么事?黑洞内部的奇点和宇宙大爆炸时的奇点有何不同?奇点是否会裸露在黑洞外面?所谓"宇宙监督猜想"的假设目前有何进展?我们在这篇半科普的文章中简单的介绍这些课题,希望本文章对物理和数学的本科生有所帮助。     

旋转黑洞会长“毛”

<正>通过激发微小质量的假想粒子场而自发地生长"毛发",旋转的黑洞可损失其9%的质量。加拿大Perimeter理论物理研究所William East和普林斯顿大学的Frans Pretorius最近模拟了旋转黑洞的动力学,发现一个有趣的现象。若自然界存在质量极小(10~(-10)e V/c~2)的玻色子,则黑洞会自发地滋生"长发",即:在黑洞周围迅速激发     

带照相机的太阳镜

<正> 美国出现了一种照相机和太阳镜合为一体的新产品,戴上这种眼镜,按下开关,它便会自动调焦距,自动拍照,凡是眼睛看到的地方,所有的人和景物都能统统拍下。它不用胶卷,而是使用磁盘,取下眼镜即可翻印一系列照片。     

黑洞与奇点

黑洞可以说是引力最极端的体现,其视界内是个连光也逃不出去的时空区域。近来黑洞在天 文观测方面取得令人惊讶的发展,这其中包括：黑洞碰撞的引力波探测以及M87 星系的超大质量 黑洞的所谓第一张黑洞照片。但是在理论的层面上,黑洞物理尚有许多未解之谜。其中,信息遗失 的悖论是最有名的。但是,有另一个问题至少和信息的丢失一样{甚至更加{令人费解的,就是黑洞 内部的奇点性质。时空奇点是广义相对论本身无法描述的,在那里究竟发生什么事？黑洞内部的奇 点和宇宙大爆炸时的奇点有何不同？奇点是否会裸露在黑洞外面？所谓“宇宙监督猜想”的假设目 前有何进展？我们在这篇半科普的文章中简单的介绍这些课题,希望本文章对物理和数学的本科生 有所帮助。     

今日国外物理

 1 美学者宣称黑洞存在可望得到证实据合众国际社报道,美国天文学学会在一次会议上公布了哈勃太空望远镜拍摄的壮观照片,证实在一个遥望星系的中心处,有一个巨大黑洞正把星体吸进去,喷发出由辐射与热气组成的湍流.在这幅哈勃照片上还发现:在M-87星系中心有一个星体凝聚和象点那样的亮光源,距地球5200万光年;若其速度符合理论预测,那将最终证明黑洞的存在.     

圈量子引力追踪黑洞演化

<正>黑洞是用多种方法观察到的数量众多的奇异天体。我们看到物质落入黑洞,但是不知道物质到达黑洞中心时发生了什么。宾夕法尼亚州立大学Abhay Ashtekar和Javier Olmedo以及路易斯安那州立大学Parampreet Singh指出,圈量子引力——对引力进行量子力学描述的一种理论——预言时空继续穿过黑洞的中心,进入一个未来新区域,该区域具有白洞内部的几何结构。白洞是黑洞的时间反     

声学黑洞简介

介绍了一种引力黑洞的类比模型———声黑洞.从几何声学和物理声学两方面对其类比原理进行了分析,介绍了声黑洞的定义及其结构参数.回顾了在声黑洞的研究历程中所取得的重要进展,分析指出声黑洞的研究目前存在的理论和实验上的困难,并对未来的研究进行了展望.     

《相对论、宇宙与时空》连载⑧——相对论预言的天体(黑洞)(下)

5 黑洞热力学 人们认为激发态的黑洞具有生命力,而基态的黑洞则是一颗死亡的星,是恒星演化的最后归宿.基态的史瓦西黑洞除去能不断吞食物质外,不会再有任何物理过程.然而,这个认识很快就被推翻了,基态的黑洞,实际上也是一颗充满生命力的活跃的星.我们先看一下黑洞的"无毛定理"和"面积定理"[3-14].     

能看清黑洞细节的太空射电望远镜

 能看清黑洞细节的太空射电望远镜俄罗斯科学家试图揭开遥远太空天体---黑洞最神秘的面纱,他们建造了一架能观看到宇宙最深处的射电望远镜。众所周知,黑洞是宇宙中最残忍和最无情的“杀人者”,无论是行星还是恒星在黑洞面前都没有生路。黑洞惊人的吸引力即使是太阳光也无法抗拒,黑洞就像飓风,它会将整个世界吸入风洞中。关于这毁灭性的威胁暂时很少有人知道,因为谁也没有见到过黑洞,但是俄罗斯科学家找到一种能看到黑洞的方法,准备发射一架太空射电望远镜。它将比现有的望远镜敏锐几千倍。俄罗斯科学院院士尼古拉·卡尔达绍夫指出,“这架太空射电望远镜甚至可以看清黑洞的细节,它将能使我们发现宇宙新的物理规律。     

黑洞趣闻

 人们常把“黑洞”、“白洞”、“空洞”称之为宇宙三怪.美国“哈勃”太空望远镜发回的NGC7457照片,使众多的天文学家为之鼓舞.因为围绕黑洞是否存在,人们已经苦苦追寻它将近200年了.由中国科技大学研究生院丁亦兵教授编译的《黑洞趣闻》系列文章,妙趣横生地叙述了人们是怎样探索黑洞这一当代科学“六大悬案”之一的奥秘的,希望有更多的学者、科普作家写出这类好文章.     

黑洞及其在天体物理中的作用（上）

本文回顾了黑洞概念建立的历史，指出这一概念是广义相对论和量子力学联合应用于恒星晚期演化研究的结果，然后介绍了黑洞的主要物理性质及其最重要的两种类型，即Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞和Ｋｅｒｒ黑洞。     

黑洞的观测证认

介绍了Ｘ射线双星中的黑洞和星系核心的黑洞的观测证认状况．     

原初黑洞

本文介绍了半经典量子引力论和霍金蒸发,讨论了原初黑洞性质,着重介绍了背景辐射四极矩各向异性的发现以及用大统一理论和原初黑洞蒸发解释宇宙物质非对称问题的讨论。     

原初黑洞

本文介绍了半经典量子引力论和霍金蒸发,讨论了原初黑洞性质,着重介绍了背景辐射四极矩各向异性的发现以及用大统一理论和原初黑洞蒸发解释宇宙物质非对称问题的讨论。     

走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅳ)

正(5)进一步发展超弦/M理论,既然作为认识宇宙的"终极理论",就应当能够解释宇宙学中的诸多问题,例如黑洞,因此,在超弦理论第二次革命以后,超弦/M理论的一个重要发展就是黑洞物理的研究。从超弦/M理论看黑洞20世纪60年代末、70年代初,许多物理学家,包括克里斯托多罗(D.Christodoulou,1951~)、伊思雷尔(W.Israel,1931~)、普赖斯(R.Price)、卡特尔(B.Carter,1942~)、克尔(R.Kerr,1934~)、罗宾森(D.Robinson)、霍金和彭罗斯,都发现黑洞和基本粒子     

数学黑洞和物理黑洞

 黑洞,作为宇宙中一类特殊的“星”,由于它不容易被看到但却能将其近旁的物质无情地吸人和粉碎,从而牢牢地抓住了广大公众的想象力。在数学中则存在着另一类“黑洞”,它同样能引起我们探究的兴趣。     

黑洞--一个内涵丰富的物理学命题

黑洞既不象恒星，更不像行星，严格来讲它是宇宙空间的一个区域；这个区域的表面是一个封闭的球面，人们称之为“视界”。科学家们从理论上让黑洞与外界进行作用来探索它的内禀性质，从而获得了关于黑洞的一些见解。本文通过对黑洞概念的形成及其探测、黑洞的蒸发、熵和“无毛”定理等方面，来对黑洞作简要描述；并介绍了黑洞的对立物白洞的性质。     

应该界定黑洞的“最大半径”和“最小半径”

 有关黑洞的习题在近几年的复习资料中经常出现,通过题中给出的一些有关物理量来估算黑洞的“最大半径”。那么什么是黑洞?一颗内部燃烧尽了的大质量恒星由于自身的引力作用,外壳不断向中心坍塌缩小,最后就会形成致密的黑洞。黑洞是宇宙中的实体微粒,它们的体积趋向于零,而密度几乎是无穷大,由于具有强大的引力,物体只要靠近这个微粒,就会被强大的引力吸入,连光也不能幸免。也就是说,没有任何信号能够从黑洞的作用范围内传出,人类无法看到里面的情形---对于观测者来说,那就是漆黑一片---这也是黑洞名字的由来。既然如此,那么衡量黑洞的大小只能用其作用范围(即“视界”)的“半径”来表示。