1、1课题提出的背景 探索是人类天然的兴趣，飞行是人类天然的爱好 任何有关宇宙和探索的话题都能引起整个社会的巨大兴趣。黑洞探索的成绩有助于增强社会的凝聚力，有助于激励社会的进取精神，有助于吸引年轻人的科学兴趣。2 黑洞是理论物理中各种极限状态的典型代黑洞是理论物理中各种极限状态的典型代表，其研究，具有三大意义表，其研究，具有三大意义 1、理论物理的大统一理论（解释宇宙万、理论物理的大统一理论（解释宇宙万物的终极理论）物的终极理论）2、哲学宗教意义、哲学宗教意义 3、现实意义，研究基本粒子，衍生各种、现实意义，研究基本粒子，衍生各种民用产品，比如能源类、讯息类等等民用产品，比如能源类、讯息类等等3课
2、题研究的内容 什么是黑洞？黑洞的形成.黑洞对周边环境的影响.黑洞的特点.4和黑洞相关的几个问题 1、黑洞炸弹的威力。2、黑洞的有趣现象。3、太阳会变成黑洞吗？5关于黑洞的介绍 黑洞（Black hole）是根据现代的广义相对论所预言的，它很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的。6 当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不
3、多中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小体。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小于史瓦西半径），质量导致的空间扭曲就使得即于史瓦西半径），质量导致的空间扭曲就使得即使光也无法向外射出使光也无法向外射出“黑洞黑洞”就诞
4、生了。就诞生了。7黑洞对周围环境的影响 设想在弹簧床上放置一块质量非常大的石设想在弹簧床上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大大地影响床面，不仅会使其弯曲下陷，还大地影响床面，不仅会使其弯曲下陷，还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以在宇宙中出现，若宇宙存在黑洞，则该以在宇宙中出现，若宇宙存在黑洞，则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫作时空的奇异或奇点。破裂叫作时空的奇异或奇点。8黑洞的物理特性 1、黑洞最重要的一个物理特性之一，就是引力透镜作用，光线会
5、受到黑洞引力的作用改变运行轨迹，这使得我们可以看到远方星系的侧面甚至后面。如果光线的路径经过黑洞的引力视界，那么它将无法逃逸。9 2、黑洞不会把整个宇宙都吞噬掉，目前所、黑洞不会把整个宇宙都吞噬掉，目前所有的星系中心都有一个有的星系中心都有一个超大质量黑洞超大质量黑洞，吞，吞掉整个星系是迟早的，但这也是很漫长的掉整个星系是迟早的，但这也是很漫长的过程。但星系之间的距离太遥远了，接下过程。但星系之间的距离太遥远了，接下来宇宙会如何演化，会停止膨胀转向收缩来宇宙会如何演化，会停止膨胀转向收缩吗？另外黑洞质量也不会无限制增加吗？另外黑洞质量也不会无限制增加 3、如果远方星体发出的光线，经过、如果远方
6、星体发出的光线，经过2个以个以上的黑洞恰好到达地球被我们观测到，也上的黑洞恰好到达地球被我们观测到，也是完全可能的。是完全可能的。10黑洞的特点 1、广义相对论语言的一种特别致密的暗天体。大质量恒星在其演化末期发生塌缩，其物质特别致密，它有一个称为“视界”的封闭边界，黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱。形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量，当然，这是最后的星核质量，而不是恒星在主序时期的质量。除了这种恒星级黑洞，也有其他来源的黑洞所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期，而所谓超大质量黑洞可能存在于星系中央。参考：宇宙新视野 11 2、黑洞不让任何其边
7、界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。虽然这么说，但黑洞还是有它的边界，即“事件视界（视界）”据猜测，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。另外，黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡极限的恒星演化到末期而形成的，质量小于钱德拉塞卡极限（约为（3 10的30次方）公斤）的恒星是无法形成黑洞的。1213物理学观点的解释 黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过它的密度非常非常大,靠近它的物体都被它的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走一样),不管用多大的速度都无法脱离。对于地球来说
8、，以第二宇宙速度（11.2km/s）来飞行就可以逃离地球，但是对于黑洞来说，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了光速，所以连光都跑不出来，于是射进去的光没有反射回来，我们的眼睛就看不到任何东西，只是黑色一片。14对于黑洞的研究历史 历史上，第一个意识到一个致密天体密度可以大到连光都无法逃逸的人是英国地理学家John Michell。他在1783年写给亨利卡文迪什一封信中提出这个想法的，他认为一个和太阳同等质量的天体，如果半径只有3公里，那么这个天体是不可见的，因为光无法逃离天体表面。1796年，法国物理学家拉普拉斯曾预言：“一个质量如250个太阳，而直径为地球的发光恒星，由于其引力的作用，将不允许
9、任何光线离开它。由于这个原因，宇宙中最大的发光天体，却不会被我们看见”。15 1 不旋转不带电荷的黑洞。它的时空结构于1916年由史瓦西求出称史瓦西黑洞。2 不旋转带电黑洞，称R-N黑洞。时空结构于1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出 3 旋转不带电黑洞，称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出 4一般黑洞，称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。16黑洞分类 分类分类 质量质量 大小大小 超重黑洞 1051010 M太阳 0.001400 AU 中介质量黑洞 103 M太阳 103 km R地球 恒星黑洞 10 M太阳 30 km 微型黑洞 up to M月球 up to 0.1 mm17质量达到太阳十倍的黑洞18超大质量黑洞从吸积盘中吸积的概念图19 总结 宇之表无极，宙之端无穷。浩瀚无际的宇宙中有关黑洞的现象仍然吸引着天文学研究者，更有待我们的进一步的探讨。相信有关黑洞的研究成果必定会促进科学技术的进步。20
