自然科学概论_宇宙篇黑洞_

自然科学概论 黑洞

第三讲

黑洞

视频： 视频：关于黑洞的调查1

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一、科学家的预言 1、相对论发现前科学家的预言 1)米切尔预言的黑洞 1)米切尔预言的黑洞 米切尔 1783年 英国皇家学会特别会员米切尔预言： 1783年，英国皇家学会特别会员米切尔预言：假说有 米切尔预言 一个密度与太阳相同，而半径为太阳500倍的星球， 500倍的星球 一个密度与太阳相同，而半径为太阳500倍的星球，则 从这个星球发射的光将被星球自身的引力拉回来。 从这个星球发射的光将被星球自身的引力拉回来。 2)拉普拉斯预言的黑洞 2)拉普拉斯预言的黑洞 拉普拉斯 1796年 法国天文学家拉普拉 1796年，法国天文学家拉普拉 预言： 斯预言：一个密度如地球而直 径为250倍太阳的恒星， 250倍太阳的恒星 径为250倍太阳的恒星，由于 其引力的作用， 其引力的作用，将不允许任何 光线离开它。 光线离开它。2

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3)预言的依据:牛顿经典力学的相关原理 3)预言的依据: 预言的依据 第一宇宙速度(环绕速度):使物 第一宇宙速度(环绕速度):使物 ): 体环绕地球运行而不下落的最小 速度. 7.9千米 千米/ 速度. 7.9千米/秒.

v =

Gm R

第二宇宙速度(逃逸速度):使物体脱离地球, 第二宇宙速度(逃逸速度):使物体脱离地球,环绕 ):使物体脱离地球 太阳运行的最小速度. 11.2千米 千米/ 太阳运行的最小速度. 11.2千米/秒. 第三宇宙速度(逃逸速度):使物体脱离太阳,飞出 第三宇宙速度(逃逸速度):使物体脱离太阳, ):使物体脱离太阳 太阳系的最小速度. 16.7千米 千米/ 太阳系的最小速度. 16.7千米/秒.

v 2,3 =

2 Gm R3

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2、相对论发现后科学家的预言 1)爱因斯坦的相对论 1)爱因斯坦的相对论 爱因斯坦 狭义相对论(1905) *狭义相对论(1905) 关于惯性系时空观的理论 广义相对论(1915) *广义相对论(1915) 关于一般参照系及引力 的理论 *广义相对论预言:大质 广义相对论预言: 量天体会使经过它附近 的光线发生弯曲. 的光线发生弯曲.

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*广义相对论预言的验证 爱因斯坦根据广义相对论预言: 爱因斯坦根据广义相对论预言:从遥 远星体上发出的光线在通过太阳附近 时会发生偏折，偏折角度为1.75 1.75"。 时会发生偏折，偏折角度为1.75"。 1919年日全食时， 1919年日全食时，英国科学家 年日全食时 爱丁顿率领一个考察队 率领一个考察队, 爱丁顿率领一个考察队,通过 测量太阳边缘处的星光对这个 预言进行了验证。 预言进行了验证。测量到在太 阳附近星光偏折角与爱因斯坦 的预言非常接近。 的预言非常接近。 视频:爱因斯坦引力时空观. 视频:爱因斯坦引力时空观. 广义相对论2 广义相对论2

星

太阳

月亮 地球5

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2)史瓦西预言的黑洞 史瓦

西 2)史瓦西预言的黑洞 *1916年 德国天文学家史瓦西通过爱因斯坦广义相对 史瓦西通过爱因斯坦 *1916年,德国天文学家史瓦西通过爱因斯坦广义相对 论的引力场方程预言 引力场方程预言： 论的引力场方程预言：如果天体的密度变得非常巨大 其周围会产生奇异现象，出现一个时空封闭的界 时，其周围会产生奇异现象，出现一个时空封闭的界 ──“视界” 一旦进入这个界面， 面──“视界”,一旦进入这个界面，即使光也无法 逃脱。 逃脱。 *史瓦西半径： *史瓦西半径：r 史瓦西半径

≤

2 Gm 2Gm c2

*美国物理学家惠勒将这 美国物理学家惠勒将这 惠勒 类天体命名为“黑洞” 类天体命名为“黑洞”( Black Hole) Hole)6

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黑洞是时空中这样的一个 区域，任何物质一旦进入 区域，任何物质一旦进入 该区域， 该区域，便被它吞噬而永 远不能再出来。 远不能再出来。 *若太阳或地球成为黑洞,它 若太阳或地球成为黑洞, 们的史瓦西半径是多少? 史瓦西半径是多少 们的史瓦西半径是多少?

r≤太阳 地球

2Gm c2

半径3km时 半径3km时 3km

黑洞半径9mm时 半径9mm时 9mm7

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二、黑洞如何形成 1、史瓦西预言的黑洞是大质量恒星演化的最后产物. 史瓦西预言的黑洞是大质量恒星演化的最后产物. 预言的黑洞是大质量恒星演化的最后产物 天体存在的 自身的向内引力” 是天体存在的“自身的向内引力”和“向外的辐射压 两种力较量的结果. 力”两种力较量的结果. 2、不同质量恒星的演化结果 压缩 质量小于3.5 的恒星经历红巨星，最终演化成白矮 经历红巨星 *质量小于3.5 m⊙的恒星经历红巨星，最终演化成白矮 星。 钱德拉塞卡极限 白矮星的质量上限 极限： 的质量上限1.4 *钱德拉塞卡极限：白矮星的质量上限1.4 m⊙. 之间的恒星经历超新星爆发， *质量在3.5~8 m⊙之间的恒星经历超新星爆发，最 质量在3.5~ 3.5 演化成中子星。 终演化成中子星。 奥本海默极限：中子星的质量上限为3.2 极限 *奥本海默极限：中子星的质量上限为3.2 m⊙ 质量大于8 的恒星经超新星爆发最后形成黑洞 黑洞. 质量大于8 m⊙的恒星经超新星爆发最后形成黑洞.8

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视频：黑洞的产生(英文讲解，中文字幕) 视频：黑洞的产生(英文讲解，中文字幕) 视频：恒星-中子星-黑洞 …… 此处隐藏：2171字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……