论——黑洞_2000字
2020-10-17 05:42:33 81
根据现代广义相对论的预测，黑洞是一种存在于宇宙中的质量相当大的天体。核聚变反应燃料耗尽并死亡后，足够大质量的恒星在重力作用下坍塌而形成黑洞。黑洞的质量是如此之大，其产生的引力场是如此之强，以至于无论是辐射还是辐射，甚至光线都无法逃逸。因为它类似于在热力学中根本不反射光的黑体，所以称为黑洞。在黑洞周围，有一个不可检测的事件视界，标志着它无法返回的点。
黑洞的形成：
在巨大天体的演化结束时，其坍缩核心的质量超过了太阳质量的3.2倍。由于没有抵抗重力的排斥力，铁心塌陷将无限期继续，从而形成黑洞。 （如果核心小于1.4太阳质量，它将成为白矮星；介于两者之间的将形成中子星）。在包括银河系在内的大多数星系的中心，都有质量超大的黑洞，其质量范围从数百万到数百亿个太阳。
爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞的解决方案。球对称的最简单解决方案是Schwarzschild度量。这是卡尔·史瓦西尔德（Karl Schwarzschild）在1915年发现的爱因斯坦方程的解。
根据Schwarzschild解，如果重力天体的半径小于某个值，则天体将崩溃。该半径称为施瓦茨希尔德半径。低于此半径的天体在时空上会严重弯曲，因此所有发出的射线，无论它们来自哪个方向，都将被吸引到该天体的中心。因为相对论指出，在任何惯性坐标中，物质的速度都不能超过真空中的光速。 Schwarzschild半径以下的任何天体都将在中心坍塌。理论上无限大的点构成了引力奇点（gravitationalsingularity）。由于即使光线也无法逃离Schwarzschild半径内的黑洞，所以典型的黑洞确实绝对是“黑”的。
Schwarzschild半径由下式给出：
G是引力常数，M是天体的质量，c是光速。对于一个与地球质量相等的天体，其Schwarzschild半径仅为9毫米。
温度：
就辐射光谱而言，黑洞与具有温度的物体完全相同，并且与黑洞相对应的温度与黑洞地平线的重力强度成正比。换句话说，黑洞的温度取决于其大小。
如果黑洞仅比太阳重几倍，则其温度仅比绝对零高十亿分之一度，而较大的黑洞的温度则低。因此，这种黑洞发出的量子辐射将完全被大爆炸留下的2.7K辐射（宇宙背景辐射）淹没。
活动范围：
事件范围也称为黑洞的范围。事件范围外的观察者无法使用任何物理方法来获取有关事件范围内任何事件的信息，或受事件范围内事件的影响。事件视界是黑洞的根本原因，因此被称为黑洞，但实际观察未发现事件视界。
光子球：
光子球是厚度为零的球形边界。在此边界的位置，由黑洞的引力引起的重力加速度只会使一些光子绕圆形轨道绕黑洞旋转。对于不旋转的黑洞，光子球约为Schwarzschild半径的1.5倍。该轨道不稳定，并且会由于黑洞的增长而随时变化。
在光子球体中，仍然可以通过可能的因素来分隔光子，但是对于外部观察者来说，黑洞发射的任何光子必须在事件视界和光子球体之间。这也是反对黑洞存在的人们所依赖的强烈反对之一。通过观察光子球的光子能量，找不到事件视界存在的证据。
其他密集的恒星，例如中子星，夸克星等，也可能有光子球。
参考系拖动圆：
帧拖动圆（Ergosphere，也称为FrameDragging或LenseThirringEffect，“ Lense-Thirring效果圆”），旋转状态下的质量将拖动其周围的时空，这种现象称为帧拖动Drag。旋转的黑洞具有参考系拖动圆，这意味着黑洞的北极和南极在时空效应上与赤道不同。这将产生一些奇妙的效果，使我们有机会得出结论，它实际上是黑洞的特征之一。
观察者可以使用光圈效果和参考系的拖动圆来观察进入或离开黑洞的光子的运动。通过间接方式，例如粒子含量的分布和PenroseProcess（旋转黑洞的能量抽出过程），间接地了解其重力。通过重力的分布，可以重新建立其参考系的拖曳圈。使用这种观测方法，只有双星以上的系统才能执行此类观测。
时间字段异常：
由于黑洞周围有很强的引力因素，该理论预测时间场中会出现异常，其中包括参考阻力圆的周围框架和事件视界效应。
另外，由于时间物理学尚未发展，并且时间含义无效的领域，物理学仍无法讨论。
黑洞合并：
黑洞的合并将发出强大的引力波，而新的黑洞将由于反冲力而离开银河系中心的原始位置。如果速度足够大，它甚至可能脱离银河系的母体。
黑洞分类：
1.按质量
超大质量黑洞：它的痕迹可以在所有已知星系的中心找到。据说质量是太阳质量的几百万到几亿倍。
小质量黑洞：黑洞的质量是太阳的10到20倍，也就是说，爆炸后超新星留下的核心质量是太阳的3到15倍，将形成黑洞。
该理论预测，当质量超过太阳质量的40倍时，无需超新星爆炸就可以形成黑洞。
中型黑洞：推论是由小质量黑洞合并而成，最终成为超大质量黑洞。是否确实存在中等大小的黑洞仍存在疑问。
2，根据身体特点
根据黑洞本身的物理特征（质量，电荷，角动量）：
不带电不旋转黑洞。它的时空结构是1916年由Schwarzschild获得的，被称为Schwarzschild黑洞。
不旋转的带电黑洞称为R-N黑洞。时空结构是Reissner和Nordstrom在1916-1918年发现的。
旋转的不带电黑洞称为Kerr黑洞。时空结构是Kerr在1963年获得的。
一般的黑洞称为Kerr-Newman黑洞。时空结构是纽曼在1965年获得的。
3.原始黑洞
原始黑洞是理论上预测的一种黑洞，没有直接证据支持原始黑洞的存在。在大爆炸的早期，在宇宙早期膨胀之前，某些区域的密度是如此之高，以至于在宇宙膨胀之后，这些区域的密度仍然足够大，足以形成黑洞。这样的黑洞称为原始黑洞。原始黑洞的质量与不均匀密度的大小有关。因此，原始黑洞的质量可以小于由于恒星坍塌而产生的黑洞的质量。根据霍金理论，黑洞的质量越小，蒸发越快。质量非常小的原始黑洞可能已经蒸发或即将蒸发，并且由恒星坍塌形成的黑洞的蒸发时间尺度通常比宇宙的时间长。天文学家期盼着当它们蒸发时观察到某些原始黑洞发出的高能伽马射线。
一年级：杜好男
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