黑洞及其研究简况

 1939年美国科学家奥本海默和佘德尔从广义相对论出发提出具体黑洞的概念,从而翻开了人类对天体研究的新的一页。短短几十年,黑洞一直成为天体物理学家研究和讨论的热点,形成了黑洞物理学。一、经典黑洞从1915年爱因斯坦广义相对论的建立而预言黑洞存在,许多科学家对其展开了研究,并认为它是由天体坍缩形成的超致密的区域(包括光在内的任何物质都不能从该区域逃逸)。根据黑洞的不同特性将黑洞分成各种不同类型。根据质量不同将其分为小型黑洞、中型黑洞、巨大黑洞。所谓巨大黑洞是指质量超过太阳质量的100万倍以上的黑洞,它在黑洞的研究中占有重要的地位,一度认为黑洞事件视界直径与黑洞质量成正比。     

时空巨人爱因斯坦

 19世纪末经典物理学的理论已基本建立完整。许多物理学家认为物理学的理论已足够完美。在这种观点的影响下,物理学的研究工作处于消极状态之中。如果说实验物理学的三大发现---Ｘ射线、电子、放射性的发现动摇了这种观点,普朗克在1900年为解决热辐射中的“紫外灾难”而创建的“量子论”对这种观点提出了挑战。那么爱因斯坦在这方面所作出的贡献却彻底地将这种观点送入了坟墓。下面让我们对爱因斯坦的生平、主要贡献及成功的原因作一简要的回顾。一、爱因斯坦的生平1879年3月14日爱因斯坦出生于德国南部小城乌尔姆一个犹太人家庭。父亲海尔曼·爱因斯坦是一位电气设备制造商。母亲波林·科克是一位富商的女儿。     

复杂而有序的软物质

 法国物理学家德·热纳(P. G. De Gennes)(图1)在1991 年获得诺贝尔物理奖时,以“软物质”为题演讲,首次用“软物质”一词概括所有“软”的东西,包括普通的流体和当时美国学者惯常称呼的“复杂流体”,从此推动了一门21 世纪跨越物理、化学和生物三大学科的重要交叉学科的发展。     

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。     

德布罗意和玻姆

 路易·德布罗意(Louis de Broglie,1892-1987)曾以一篇关于1717年前后统治者以及阁员和议员更替的论文获得历史学学士学位,1911年第一届索尔维(solvay)物理学会议之后,德布罗意改习物理学,于1913年取得科学硕士学位。1924年,他在著名物理学家郎之万的指导下,以一篇划时代的论文《量子理论的研究》获得科学博土学位。1927年他提出了波动力学的“双重解理论”及其退化形式“波导理论”,并总结在一篇题为《物质及其辐射的波动力学和原子结构》的论文中。     

引力无穷的神秘黑洞

 “黑洞”是２０世纪最具神奇色彩的术语之一。形象而又多少带有恐怖色彩的字眼使人联想到了将要吞噬一切的巨兽之口。虽然黑洞最初仅仅是一种纯理论推理演绎的数学模型,但随着在宇宙观测中逐步得到证实,使人不得不承认黑洞的真实性。无论人类对黑洞的研究探索最终发展到何种地步,但至今为止,黑洞研究已极大地丰富了２０世纪物理学内容。经典的“黑洞”概念源于１７８３年,最初是英国的约翰·米歇尔（Ｊ．Ｍｉｃｈｅｌｌ）按照牛顿力学定律导出的一种极限模型。     

今日国外物理

 1 美学者提出大科学新概念美国地球物理学家罗·海津和詹·特雷菲尔提出称之为“大科学”的新概念.美国《科学》周刊根据他们新著《大科学概念》,并征集广大学者的意见.将“大科学概念”的内容归纳为28条.即:(1)宇宙发展有自身规律可预测;(2)一切运动形式均符合牛顿三大定律;(3)能量守恒不消失;(4)能量转换遵循热力学第一、二定律;(5)电磁是同种力的两种形式;(6)任何物质都由原子构成;(7)一切物质能及微粒量子特性均离散,对其中某一物理量既不能测量也不能改变;(8)物质的原子均由“电子胶水”粘合;(9)物质的状态由组成它的原子及其排列决定.     

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。     

电子“列车”标志着新物质态的存在

 美国的三组物理学家最近发现了一种新的物质态,称之为“鲁特英格(Lutteinger)液体”。在这种物质态中,电子(?)互相连接着,就象火车的一节节车厢一样一起运动,而不是象以前那样单独行动。 30年前,纽约哥伦比亚大学的J.鲁特英格(Joaquin Luttinger)就提出了有关这种物质态的理论,但他仅仅把这作为解决物理问题的一种数学工具。目前已经退休的鲁特英格说“我怎么也不敢梦想它会真地被实验所发现”。 去年,费城宾夕法尼亚大学的查尔斯·凯恩和加州大学桑达-巴巴拉分校的马修·费希尔提出一个实验方案,力图证实鲁特英格液体的存在。实验目前已经进行,凯恩说,他有70-80％的把握肯定该态的存在。 在通常的温度下,导电材料中的电子总处在不停地疯狂运动中。但任一个电子的运动都不会对其他电子产生直接的影响。     

物理学这棵老树绽放的一朵新花:实验室真人统计物理学

 简单言之, “物理”二字的意思就是“物质之理”。不言自明, 这里的“物质”是指自然界中无智能的“物”, 例如原子、电子等。这里所说的“无智能”主要指, 这些物质没有学习能力、对外界环境没有适应性, 举个例子:若有两个原子, 沿着同一轨道相向而行, 它们必然相撞;今天撞了, 如果明天再遇到同样的情况, 这两个原子仍旧会相撞。为什么?因为这些原子没有学习能力, 它们“不长记性”、“记不住”已经发生的事情, 所以, 下次再相遇时, 该发生什么还发生什么, 换言之, 因为它们没有学习能力, 所以, 它们对外界环境也就没有适应性。事实上, 也正因为“物理”关心的是无智能的物质系统, 所以, 它们可以用简单的物理原理来描述、理解、预测, 例如牛顿第二定律、万有引力定律等。在这些原理中, 人们不必额外引入描述学习能力和适应性的物理量, 可能也正因此, 物质世界在物理学家的眼中是简单的, 物理学家总喜欢用一些简单的物理原理来解释和预言我们所在的这个物质世界。例如, 理论物理学家们正在刻苦攻关的大统一理论正是这样的一个理想的、“简单”的理论, 期望它能解释宇宙中各种自然力之间的关系。     

神秘的黑洞

 2010 年11 月16 日凌晨（北京时间）,美国宇航局对外公布了一则 “秘密”--该局最近发现的“异常物体”不是此前盛传的UFO（不明飞行物或称飞碟）,也不是外星人,而是地球附近一个年仅30 岁的黑洞。这个最年轻的黑洞是天文学家利用美国宇航局的钱德拉X 射线望远镜发现的,它为观测这类婴儿期天体提供了独一无二的机会。美国宇航局在当天记者会上发布的声明称,这个黑洞将能够帮助科学家更好地理解大质量恒星是如何爆炸的,恒星爆炸后留下的是黑洞还是中子星,以及我们银河系和其他星系黑洞的数量。     

经典黑洞与现代黑洞视界都是2GM/c~2吗

所谓黑洞并不是引力场缩后形成的超高密度天体，而是指塌缩天体所缩入的半径为Ｒｇ的特殊的空间区域──包括光在内的任何物体或信号都不能脱离的区域．黑洞的界面叫视界，视界标志一个质量为Ｍ地塌缩天体为外界“看”见，所需占据的区域的最小值． 黑洞的概念，最早是由拉普拉斯的讨论引出的．拉普拉斯由逃逸公式，令ｖ＝光速ｃ．则得视界Ｒ为而自广义相对论提出以后，人们得到了质量为球对称分布，静止不转动，不带电荷的施瓦西黑洞的视界为于是发现施瓦西黑洞的视界与拉普拉斯黑洞的视界竟然一致． 以上是现行教科书，文章中常见的论述（…     

Kiselev黑洞的热力学性质和物质吸积特性

本文考虑带有黑洞视界和宇宙视界的Kiselev时空.研究以黑洞视界和宇宙视界为边界的系统的热力学性质.统一地给出了两个系统的热力学第一定律;在黑洞视界半径远小于宇宙视界半径的情况下,近似地计算了通过宇宙视界和黑洞视界的热能.然后,探讨Kiselev时空的物质吸积特性.在吸积能量密度正比于背景能量密度的条件下给出黑洞的吸积率,讨论了黑洞吸积率与暗能量态方程参数的关系.     

黑洞的吸积过程

 黑洞是由一个被称为视界的闭合边界所规定的时空区域.这个区域内的引力场是如此之强,以至于没有任何物质能从中逃逸,连光也不例外.也就是说,外部观测者不可能获得视界以内的任何信息.这使得黑洞成为宇宙中最神秘的天体.     

相对论中的“观测”与“看到”有何不同

 1905年爱因斯坦发表了狭义相对论,其时空观之一就是“运动的尺缩短”。接受相对论的所有人都相信这种尺缩现象是可以用眼睛看到或用照相机拍摄到的。一个运动物体看起来将沿运动方向缩短为原来的1-β2倍β=ｖｃ,ｖ是物体运动的速度大小,ｃ是光速,坐在高速飞船中的人从窗外看出去时,将看见球形物体缩成一个椭球体这些说法好像都是无可非议的。这种观念一直持续了54年之久,直到1959年美国物理学家戴勒尔发表了一篇文章,认为这种观念是错误的,他纠正了存在于所有人中间的这个偏见。提出“尺缩”现象可以“观测”或者“测量”,却不能用眼“看到”。     

今日国外物理(六)

 1 詹姆士·弗勒尔等提出“第五种力”新见解据美国《科学新闻》报道,科罗拉多的波尔德天体物理实验室联合研究所的詹姆士·弗勒尔等在一座300米高塔上进行了引力的精确测量.     

极端星系之谜

 位于武仙星座(见图1)“英雄赫剌克勒斯两肩之间”的蓝色星系“小耗子”马卡良501①在1997年的一夜之间被发现成为一个“巨人”。先是在1992年,康普顿γ射线天文台捕获到来自马卡良421星系的高能γ射线。天体物理学家认为此射线来源于星系射出的喷流中的超高速粒子:当电子和质子围绕着喷流的强磁场做旋转运动时,既能发射出同步加速辐射,也能与普通的光子碰撞,使光子获得超高能量成为高能γ射线。这种其喷流径直射至地球的活动星系被称为耀变体(Blazar)。     

他生活在物理学中

 一年以前,1988年2月15日,美国杰出物理学家理查德·费曼因患癌症与世长辞,终年70岁.这消息不仅对物理学界是一个打击,也使不少美国公民感到悲痛,他们还清楚地记得这位平易近人的教授如何轻而易举地为美国人民释开了一个重大疑虑.那是发生在费曼教授去世以前整整两年.揭开“挑战者”号飞船失事之谜震惊世界的美国“挑战者”号飞船失事之后几天,费曼应他过去的学生、美国宇航局执行局长威廉·格雷厄姆之邀,参预调查事故的原因,在国务秘书罗杰斯领导下的总统委员会中工作.     

单一电子隧穿振荡及其应用

 在本世纪初物理学家密立根在做著名的油滴实验时,曾为不能控制油滴上所带的电子数而烦恼．时至今日,这种烦恼已不复存在．１９８７年３月６日,前苏联的“理论与实验物理学报”收到了莫斯科大学利哈廖夫等人关于“单电子学效应”的论文,极其巧合的是在同一天美国的“物理评论”收到了贝尔实验室两位学者ＴｈｅｏｄｏｒｅＦｕｌｔｏｎ和ＧｅｒａｌｄＤｏｌａｎ关于同样效应的论文,从而激起了研究单电子学和单电子装置的热潮．一、单一电子隧穿振荡现象对于用两块金属膜夹一绝缘层构成的隧道结,可将其看做一个电容,电子有隧穿绝缘展势垒的几率,穿透几率取决于绝缘层的厚度和电极材料的特性．     

“氢弹之父”爱德华·特勒

 他,享有美国“氢弹之父”美誉他,因陷害“原子弹之父”遭唾骂他,是一个毁誉参半的传奇人物。2003年9月9日,被誉为美国“氢弹之父”的爱德华·特勒去世,享年95岁。“氢弹之父”出生在犹太家庭据美联社报道,半个多世纪来对美国防御政策产生重大影响、被誉为美国“氢弹之父”的美国著名核物理学家爱德华·特勒(EdwardTeller)因脑中风,于2003年9月9日在加利福尼亚州斯坦福的家中去世,享年95岁。爱德华·特勒于1908年1月15日出生于匈牙利首都布达佩斯的一个犹太家庭,父亲是一名律师,母亲是钢琴家。