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.     

黑洞果真无毛吗

 黑洞是现代天文学中最诱人的发现之一,其含义极具魔力。它是宇宙中看不到的恒星,它起初被认为是封闭的世界,人们几乎无法探测它是无底深渊,几乎能吞噬一切所有近旁的物质,包括光子在内,当然我们就看不见这一天体了,剩下的乃是一个绝对“黑”的恒星了,因此称为黑洞。黑洞如此奇特,目前已成为许多神话作品和科幻小说的主题。广义相对论中通常将只有质量的黑洞称之为施瓦西黑洞将既具有质量又兼有电荷的黑洞称之为里斯纳-诺兹特隆黑洞将有质量且同时还在施转(即具有角动量)的黑洞称之为克尔黑洞将质量、电荷和角动量三个特征全有的黑洞称之为克尔-纽曼黑洞。     

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。     

英美提出宇宙形成新理论

 据《科技日报》报道：英国剑桥大学和美国太空望远镜协会的科学家正在研究一种宇宙形成的新理论。这一理论认为,大爆炸发生前,宇宙还曾发生过另外一次大震荡,这意味着可能还有一个看不见的宇宙与现有的宇宙共存。这一称为“Ｍ论”的理论是由美国普林斯顿大学的保尔·斯坦哈特教授提出的,它主要研究宇宙大爆炸发生前的事件和时间。该理论认为,宇宙共有１１维空间,其中６维困绕成微小丝状可忽略不计。大爆炸发生前,宇宙是由两个４维平面构成的,其中一个平面是我们今天的宇宙,另外一个是“隐藏”的宇宙。     

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。     

婴孩宇宙，黑洞的后裔

在这次讲演里,我想谈谈黑洞,和它的后裔──婴孩宇宙.掉进黑洞已成为科学幻想中的恐怖情节.实际上,黑洞可以说是真正的科学事实,而非科学幻想.我将说明,有很好的理由来预言黑洞的存在.观测证据有力地表明,在我们的星系里有若干黑洞,在别的星系里也有. 当然,科学幻想作家们最感兴趣的是:假如你掉进黑洞,将会发生什么.通常的设想是,黑洞在旋转,你可以穿过时空中的一个小孔,然后到达宇宙的另一区域.显然这增加了太空旅行的可能性.的确,我们需要这样的好事情,即在将来能够实现到别的星球(姑且不谈别的星系)旅行.否则,没有任何东西跑得比光快的事…     

封面照片说明

 这是美国宇航局计划在2008年发射的“开普勒太空望远镜”,科学家们力求在未来几十年里寻找到与地球相类似的行星,从而揭示宇宙规律及生命起     

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。     

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.     

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。     

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"     

美将建造两个大型引力波记录站

 美国科学家计划建造记录强大引力波的两个大型观测站,这项计划由加利福尼亚理工学院和马萨诸塞理工学院共同实施。众所周知,曾被爱因斯坦预言存在的引力波应该是由于巨大太空灾变而产生的时空连续统一体,巨大太空灾变是指超新星爆发、黑洞形成或近距离恒星作用等。但是迄今为止一直没有能成功发现引力波踪迹,为了记录引力波踪迹建造的LIGO观测站将由两个直径超过1米像“L”字母形式放置的空心圆柱体组成。两圆柱体内将保持超真空状态,它们的长度达到整整4000米。每个圆柱体内部将安放激光干涉仪:一边放有激光光源和激光自动记录仪,另一边是用导线悬挂带有反射镜面的重物。     

“关于黑洞辐射问题的分析”文中的两个问题

 在《现代物理知识》2003年第一期中的“关于黑洞辐射问题的分析”一文中,作者对几个问题出现了错误的理解和计算。先分别列举如下:一、说“霍金是这样理解黑洞蒸发的:如果在黑洞中有一颗粒子,它的位置在黑洞中被很好的定义,这意味着它的速度不能被精确的定义。所以粒子的速度就有可能超过光速,这使得它可能从黑洞中逃逸出来,粒子就这样缓慢地从黑洞中泄露出来。”实际情况却非如此。霍金在1974年解释黑洞辐射时指出:黑洞的辐射只有通过量子效应来实现。黑洞附近的真空产生虚粒子对,虚粒子对在不断的产生和消失,虚粒子对的质量与能量涨落关系符合爱因斯坦的质能关系,寿命遵从不确定性原理。     

恒星质量“种族隔离”理论得到证实

美国哈勃太空望远镜找到了迄今最有力的证据，证明星系中的球状星团是依照质量大小来选择恒星的，即质量较大的恒星逐步移向球状星团的核心部位，而质量较小的恒星则加速运动到球状星团的边缘．这一现象在学术上称为质量“种族隔离”，过去科学家只是猜想它存在于宇宙中，却从来没有直接观测到。     

100亿个太阳质量的超巨黑洞

超巨质量黑洞，原本以为只存在于宇宙的早期，即与我们相距数10亿光年乃至更远的地方．最近，利用太空望远镜加上地基天文台的联合观测，科学家发现了两个超巨黑洞，它们每一个的质量都超过100亿个太阳，并且位于我们的近旁．McConnell等根据进一步的探测，研究了超巨黑洞和它的宿主星系共同演化的过程，结果已经发表在Nature周刊上．     

封底照片说明

2004年11月20日,被命名为"雨燕"的伽马 射线探测器,搭乘"德尔塔2"火箭升空,它将用于 搜寻宇宙中的伽马射线暴,并揭开伽马射线暴与 黑洞诞生的关系之谜。该探测器由美国、意大利和 英国的科学家们共同研制,它装有3架高灵敏度 的望远镜:宽视场爆发警示望远镜、X射线望远     

窥视苍穹：从肉眼观星到太空望远镜

 “我的目标很简单，就是完全理解我们的宇宙，弄清它为什么会是今天这个样子，以及它究竟为什么存在。”《时间简史》的作者斯蒂芬·霍金恰如其分地表达了那种自远古时代起就不断驱使科学家和哲学家去研究宇宙的求知欲望。适用于地球本身的物理定律在天文尺度同样适用，这一简单假设已经在建立宇宙模型方面取得了引人注目的成功，从而导致了物理学根本性的飞跃和实用技术天翻地覆的进步。考虑到客观条件对天文观测的苛刻限制，我们能在理解宇宙的道路上走得如此之远可谓十分不寻常了。其他物理学家可以通过改变和限制各种参数来检测一个封闭系统的变化，而宇宙的宽广无垠却意味着天文学家永远受制于大自然而无能为力。因此，实验科学中这个出类拔萃的分支理应得到公平的对待和充分的认可。本文旨在简要回顾天文学观测从早期的肉眼观星发展到如今发射造价数十亿美金的太空望远镜的精彩历程。     

黑洞照亮宇宙——银河系中心黑洞及其物理意义

2020年度诺贝尔物理学奖颁发给为黑洞和超大质量致密天体做出突出贡献的三位科学家,他们分别从理论和观测上提供了令人信服的证明和证据。他们的工作打开了理解宇宙中大质量天体命运的窗口。人们普遍相信超大质量黑洞存在于每一个星系的中心,是这些黑洞照亮了再电离时期的宇宙,也是它们为揭开宇宙膨胀历史、暗能量宇宙演化性质、纳赫兹低频引力波等诸多谜团提供了十分强大的工具。预计未来5年内,反响映射和GRAVITY/VLTI联合观测将在以黑洞研究为支撑的领域取得重大进展。     

美国“钱德拉”望远镜发现最遥远X射线流

天文学家从美国宇航局“钱德拉”X射线观测望远镜拍摄的类星体照片上 ,发现了最遥远的X射线流 ,从超巨黑洞到类星体中心延伸达 1 0万多光年的由高能粒子组成的这一射流 ,为天文学家提供了有关 1 2 0亿年前宇宙微波背景状态的信息。它能研究大爆炸后经过 1 4亿年的宇宙辐射 ,而此前最遥远的X射线流是在大爆炸后 30亿年左右。天文学家认为 ,类星体是拥有活跃中心超巨黑洞的星系 ,恒星与气体都被吸入这黑洞 ,这一吸入过程经常伴随有强烈高能粒子流的形成。当射线流中的电子以接近光速的速度离开类星体时 ,电子会穿透宇宙背景辐射“海洋” ,宇…     

流线体

 “火箭”是发射原子弹、送人造卫星上天的运载工具。既然说:人们征服宇宙、征服太空、发展武器是当代科学技术的尖端,那么,研究“流线体”,提高火箭射程,也应该是当代科学技术的尖端吧!