编号：1187
1
有趣的黑洞
陈嘉怡
法学院13中队1班 2220133865
摘要：主要讲述了什么是黑洞，以及和黑洞的来源以及一些和黑洞有关的有趣现象。 关键词： 有趣 黑洞 霍金
一、 黑洞的神秘面纱
2004年2月19日下午，一个由国际天文学家组成的研究组向公众展示了黑洞吞噬一个恒星的照片，图片上的景象十分壮观。科学家说，这颗倒霉的恒星在飞进一个黑洞时，在黑洞巨大的引力作用下变形，被肢解和被黑洞部分地吞没了。自上世纪60年代以来，天文学家便发现，星系中心黑洞的旋涡状物质会导致某些星系发射出极强的电磁辐射，通过这一观察，天文学家证实了：恒星在被黑洞撕裂肢解前，其中的气体会被加热到数百万摄氏度，导致恒星产生了极强的X射线暴，这个过程中释放出的能量甚至与一次超新星暴发相当。[1]那么，黑洞到底是何方神圣？
（一）黑洞的真颜
黑洞，是广义相对论所预言的一种特殊天体。1907年，爱因斯坦发表了论文《关于相对论原理和由此得出的结论》[1]。其中提到了黑洞，谈及时间空间离开实际客体的独立存在，它具有丰富的哲学意义，正如德布罗意所说，它是“熏陶物理学家的精神的最好手段”
[2]。黑洞，它的基本特征是具有一个封闭的视界。视界就是黑洞的边界，外来的物质和辐射可以进入视界以内，而视界内的任何物质都不能跑到外边。它隐藏着巨大的引力场，这种引力达到任何东西甚至是光都牢牢禁锢。之所以我们叫它黑洞，是因为任何它边界以内的事物目前都无法被看见。人们一直在质疑，黑洞是不是真的存在，如果存在，黑洞又在哪里，又是怎么形成的？
（二）黑洞的形成
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程，很可能是恒星演化过来的，恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，然后发生强力爆炸。当核心中所有物质都变成中子时收缩过程随即停止而被压成一个密室的星球。同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在自身的挤压引力吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，会使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量——γ射线。[3]
（三）会隐身术的黑洞
和别的天体相比，黑洞具有特殊性，例如，黑洞能够隐藏自己不被人类直接观察到，连科学家也只能对它内部结构提出有限的猜想二无法证实。因而，黑洞是会“隐身术”的特殊天体。那么黑洞是通过什么把自己隐藏起来的呢？科学证明，虽然常理下光会沿直线传播，但是根据广义的相对论，空间会在引力场作用下弯曲，这时候，光虽然仍然沿任意两点间最短距离传播，但走的已经不是直线了，而是曲线。形象地说，好像是光在强力的引力下不在一贯地走直线而是被拉得偏离了原来的方向。
在地球上，盈利的作用很有限，因而这种偏离是非常有限的甚至微乎其微可以被忽略的。但是，在黑洞的周围这种变形会很大很大，这样，即使是被黑洞挡住的恒星发出的光和辐射部分都会跌入黑洞中消失不见，而另一部分则会利用这个弯曲的空间绕过黑洞到达地球。因此，我们可以直接观察到黑洞背后的恒星，就像黑洞会“隐身术”一样，更有趣的是这些折射出去的光还会遇到别的黑洞再次绕过而传到地球，因此我们雷从多个角度看到一颗恒星。另外，任何两个物体之间都存在吸引作用。物体之间的这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间，称为万有引力。宇宙星体所产生的引力场（和星体的质量及密度有关）越大，从其表面逃逸所需的极限速度就越大。如果这个引力场大到某个极限，使以光速运动的物体也不能挣脱它的束缚而逃逸，那么人们将无法观察到这个星体，仅能感受到它的引力效应。巨大黑洞质量可能是太阳的几十万、几百万或几千万倍 。由于它质量无限大，使得其它物体逃离它的速度也需要非常大。这个逃逸速度如果超过了光速，光也会被吸纳。所以，光逃离不了，人们也就看不到黑洞了。
（五）黑洞的救生装置
“从黑洞里逃出来是不可能的，就像是一个举得的磁铁死死地吸住了你。”[4]黑洞里普通引力就能在0.1秒内把旅行者撕成碎片。但是两位美国物理学家查德哥特和黛博拉弗里德曼想出了一个办法，可以让旅行者多争取一点时间。他们计算出穿在旅行者要不得重物环可以部分抵消他们所受的引力。他们所提的“重”是相当地重，大概相当于一个大号小行星的重量。重物环的引力表现为将旅行者的脚和头拉回来，并抵消它们所受的挤压力。在离黑洞很远的地方，这个重物环可以有土星环这么大，但是当旅行者靠近黑洞时，土星环会收缩，加强它的引力效应，来抵消不断增加的黑洞引力。
（六）会“唱歌”的黑洞
听到会唱歌的黑洞，第一感觉一定是惊讶的，为什么黑洞会“唱歌”呢？这个现象是由天文学家发现的。可惜的是，黑洞的“歌声”频率过低，只有人耳所能听到的最低声音的上千万亿分之一，是人类无法听到的“歌声”。但是，经过科学研究调查，黑洞发出的声音是是迄今在宇宙中探测到的最低沉的声音。
那么，黑洞的歌声是如何被探测出来的呢？原来是英国剑桥天文学研究所的一个小组，利用美国宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜，探测到了英仙座星系团中央一个超大质量黑洞所发出的声波，这些波纹间相隔1000万年的周期，发出的声波每1000万年振动一周。科学家通过“钱德拉”望远镜还观测到了这个黑洞产生的多道声波波纹，并推测出发出的是降B音。也许随着科学的进步和研究的深入，有一天人类也可以亲耳听到黑洞的“真音”。
（六）年纪大的黑洞
宇宙浩瀚无垠，存在着很多不一样年龄的黑洞，或几十年或几百年亦或上亿年。随着科学研究和探测，美国科学家发现了目前最年迈的黑洞，它在距地球非常遥远的星系中，探测结果推测这位“长者”形成时间在127亿年前。 科学家将它命名为Q0906＋6930，它的重量是银河系所有恒星的总和，体积大到装下我们1000个太阳系还有余。
如此之大的黑洞是如何在宇宙大爆炸后的一亿年内汇聚成型，着实让人类惊讶，值得我们深入研究。
二、 黑洞的新形象
（一）黑洞不是独食者——关于黑洞的新理论
从前，大家和多数人对黑洞的理解是对周围事物的完全吞灭，让其消失在视界之外。然而，新的理论的提出让世界大为震撼。
2004年7月21日，尔兰都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上，科学家斯蒂芬·霍金教授宣布了他对宇宙黑洞的最新研究结果：黑洞并非如他和其他大多数
物理学家以前认为的那样，对其周遭的一切“完全吞食”，事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息实际上可能会在某个时候释放出来。这一理论的提出证明霍金推翻了29年前他自己提出的“黑洞悖论”。意思是，黑洞并没有独食，并不是像我们以前想的那样把一切都永远吞灭，《每日电讯报》报道。[5]
广为接受的观点认为。宇宙存在着非常多不同类型的黑洞，无论是高级的星系中心的黑洞还是小如尘埃的低级黑洞，都遍布了宇宙，而只要一旦掉下去便“永世不得翻身”。但是，随着霍金的深入研究，传统观点似乎被打破，他发现，一些被黑洞吞没的物质随着时间的推移，慢慢地从黑洞中“流淌”出来。 这引起了物理界的的轰动，这意味着，黑洞对于宇宙和恒星的作用不在是以往的只有毁灭性，相反，他是宇宙的有机组成部分，在星系形成过程中可能扮演了重要角色。
说到1975年霍金提出得“黑洞悖论”，是以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大，进入其边界的，也即所谓“活动水平线”的物体都会被其吞噬而永远无法逃逸。黑洞形成后，就开始向外辐射能量，最终将因为质量丧失殆尽而消失。这种辐射并不包含黑洞内部物质的信息，一旦黑洞消失，这些信息也就丧失了，这便是所谓的“黑洞悖论”。而该理论与量子物理学的理论背道而驰。量子物理学认为，类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。
这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。近30年来，霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示，黑洞中量子运动是一种特殊情况，由于黑洞中的引力非常强烈，量子力学在此时已经不再适用了。但是霍金的这种说法并没有得到科学界众多持怀疑态度学者的信服。 如今，霍金终于给了这个当年自相矛盾观点一个更具有说服力的答案。霍金称，黑洞从来都不会完全关闭自身，他们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量，随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。
正是因为霍金的新理论的提出，不仅给物理界带来很大轰动，更重要的是全新的视野，黑洞转而在星系形成过程中扮演了重要角色。
（三）我眼里的黑洞
在这之前我都黑洞的理解几乎为零，也认为黑洞里我们太过遥远，经过学习和资料阅读，我发现其实我们的地球和黑洞有很大的联系，也许有一天地球会被吞噬肢解，也许有一天碎片又被黑洞吐出。
三、不断深入研究探讨真理
目前，真理还没有被揭开，一切都难有定论。不仅是伟大的科学家霍金在提出理论的29年后也会用心的理论推翻自己的先前理论，因而，只要真理还没定数，人类对于黑洞的探究就不会停止。因此，物理界对于宇宙和黑洞的认识和研究还是一个漫长的道路。
参考文献：
[1]《爱因斯坦文集》，第二卷，150~209页
[2]《阿尔伯特爱因斯坦科学工作概论》，德布罗意，见赵中立、许良英翻译
[3]《科技日报》，张孟军：《弱肉强食也存在于太空中：一个黑洞撕裂并吞吃一颗恒星》，2004年2月20日
[4]《如何进行时间旅行》，Paul Parsons，见章飞虹翻译，1987年
[5]《每日电讯报》，2004年7月21日
My view on Black hole
Abstract:This paper introduced some aspects about black hole,such as “What is Black hole?”,”How can it insist?”and some interesting phenomenon About it .
Key word: interesting phenomenon ;black hole; Hawking
签名：
编号：1187
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有趣的黑洞
陈嘉怡
法学院13中队1班 2220133865
摘要：主要讲述了什么是黑洞，以及和黑洞的来源以及一些和黑洞有关的有趣现象。 关键词： 有趣 黑洞 霍金
一、 黑洞的神秘面纱
2004年2月19日下午，一个由国际天文学家组成的研究组向公众展示了黑洞吞噬一个恒星的照片，图片上的景象十分壮观。科学家说，这颗倒霉的恒星在飞进一个黑洞时，在黑洞巨大的引力作用下变形，被肢解和被黑洞部分地吞没了。自上世纪60年代以来，天文学家便发现，星系中心黑洞的旋涡状物质会导致某些星系发射出极强的电磁辐射，通过这一观察，天文学家证实了：恒星在被黑洞撕裂肢解前，其中的气体会被加热到数百万摄氏度，导致恒星产生了极强的X射线暴，这个过程中释放出的能量甚至与一次超新星暴发相当。[1]那么，黑洞到底是何方神圣？
（一）黑洞的真颜
黑洞，是广义相对论所预言的一种特殊天体。1907年，爱因斯坦发表了论文《关于相对论原理和由此得出的结论》[1]。其中提到了黑洞，谈及时间空间离开实际客体的独立存在，它具有丰富的哲学意义，正如德布罗意所说，它是“熏陶物理学家的精神的最好手段”
[2]。黑洞，它的基本特征是具有一个封闭的视界。视界就是黑洞的边界，外来的物质和辐射可以进入视界以内，而视界内的任何物质都不能跑到外边。它隐藏着巨大的引力场，这种引力达到任何东西甚至是光都牢牢禁锢。之所以我们叫它黑洞，是因为任何它边界以内的事物目前都无法被看见。人们一直在质疑，黑洞是不是真的存在，如果存在，黑洞又在哪里，又是怎么形成的？
（二）黑洞的形成
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程，很可能是恒星演化过来的，恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，然后发生强力爆炸。当核心中所有物质都变成中子时收缩过程随即停止而被压成一个密室的星球。同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在自身的挤压引力吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，会使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量——γ射线。[3]
（三）会隐身术的黑洞
和别的天体相比，黑洞具有特殊性，例如，黑洞能够隐藏自己不被人类直接观察到，连科学家也只能对它内部结构提出有限的猜想二无法证实。因而，黑洞是会“隐身术”的特殊天体。那么黑洞是通过什么把自己隐藏起来的呢？科学证明，虽然常理下光会沿直线传播，但是根据广义的相对论，空间会在引力场作用下弯曲，这时候，光虽然仍然沿任意两点间最短距离传播，但走的已经不是直线了，而是曲线。形象地说，好像是光在强力的引力下不在一贯地走直线而是被拉得偏离了原来的方向。
在地球上，盈利的作用很有限，因而这种偏离是非常有限的甚至微乎其微可以被忽略的。但是，在黑洞的周围这种变形会很大很大，这样，即使是被黑洞挡住的恒星发出的光和辐射部分都会跌入黑洞中消失不见，而另一部分则会利用这个弯曲的空间绕过黑洞到达地球。因此，我们可以直接观察到黑洞背后的恒星，就像黑洞会“隐身术”一样，更有趣的是这些折射出去的光还会遇到别的黑洞再次绕过而传到地球，因此我们雷从多个角度看到一颗恒星。另外，任何两个物体之间都存在吸引作用。物体之间的这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间，称为万有引力。宇宙星体所产生的引力场（和星体的质量及密度有关）越大，从其表面逃逸所需的极限速度就越大。如果这个引力场大到某个极限，使以光速运动的物体也不能挣脱它的束缚而逃逸，那么人们将无法观察到这个星体，仅能感受到它的引力效应。巨大黑洞质量可能是太阳的几十万、几百万或几千万倍 。由于它质量无限大，使得其它物体逃离它的速度也需要非常大。这个逃逸速度如果超过了光速，光也会被吸纳。所以，光逃离不了，人们也就看不到黑洞了。
（五）黑洞的救生装置
“从黑洞里逃出来是不可能的，就像是一个举得的磁铁死死地吸住了你。”[4]黑洞里普通引力就能在0.1秒内把旅行者撕成碎片。但是两位美国物理学家查德哥特和黛博拉弗里德曼想出了一个办法，可以让旅行者多争取一点时间。他们计算出穿在旅行者要不得重物环可以部分抵消他们所受的引力。他们所提的“重”是相当地重，大概相当于一个大号小行星的重量。重物环的引力表现为将旅行者的脚和头拉回来，并抵消它们所受的挤压力。在离黑洞很远的地方，这个重物环可以有土星环这么大，但是当旅行者靠近黑洞时，土星环会收缩，加强它的引力效应，来抵消不断增加的黑洞引力。
（六）会“唱歌”的黑洞
听到会唱歌的黑洞，第一感觉一定是惊讶的，为什么黑洞会“唱歌”呢？这个现象是由天文学家发现的。可惜的是，黑洞的“歌声”频率过低，只有人耳所能听到的最低声音的上千万亿分之一，是人类无法听到的“歌声”。但是，经过科学研究调查，黑洞发出的声音是是迄今在宇宙中探测到的最低沉的声音。
那么，黑洞的歌声是如何被探测出来的呢？原来是英国剑桥天文学研究所的一个小组，利用美国宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜，探测到了英仙座星系团中央一个超大质量黑洞所发出的声波，这些波纹间相隔1000万年的周期，发出的声波每1000万年振动一周。科学家通过“钱德拉”望远镜还观测到了这个黑洞产生的多道声波波纹，并推测出发出的是降B音。也许随着科学的进步和研究的深入，有一天人类也可以亲耳听到黑洞的“真音”。
（六）年纪大的黑洞
宇宙浩瀚无垠，存在着很多不一样年龄的黑洞，或几十年或几百年亦或上亿年。随着科学研究和探测，美国科学家发现了目前最年迈的黑洞，它在距地球非常遥远的星系中，探测结果推测这位“长者”形成时间在127亿年前。 科学家将它命名为Q0906＋6930，它的重量是银河系所有恒星的总和，体积大到装下我们1000个太阳系还有余。
如此之大的黑洞是如何在宇宙大爆炸后的一亿年内汇聚成型，着实让人类惊讶，值得我们深入研究。
二、 黑洞的新形象
（一）黑洞不是独食者——关于黑洞的新理论
从前，大家和多数人对黑洞的理解是对周围事物的完全吞灭，让其消失在视界之外。然而，新的理论的提出让世界大为震撼。
2004年7月21日，尔兰都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上，科学家斯蒂芬·霍金教授宣布了他对宇宙黑洞的最新研究结果：黑洞并非如他和其他大多数
物理学家以前认为的那样，对其周遭的一切“完全吞食”，事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息实际上可能会在某个时候释放出来。这一理论的提出证明霍金推翻了29年前他自己提出的“黑洞悖论”。意思是，黑洞并没有独食，并不是像我们以前想的那样把一切都永远吞灭，《每日电讯报》报道。[5]
广为接受的观点认为。宇宙存在着非常多不同类型的黑洞，无论是高级的星系中心的黑洞还是小如尘埃的低级黑洞，都遍布了宇宙，而只要一旦掉下去便“永世不得翻身”。但是，随着霍金的深入研究，传统观点似乎被打破，他发现，一些被黑洞吞没的物质随着时间的推移，慢慢地从黑洞中“流淌”出来。 这引起了物理界的的轰动，这意味着，黑洞对于宇宙和恒星的作用不在是以往的只有毁灭性，相反，他是宇宙的有机组成部分，在星系形成过程中可能扮演了重要角色。
说到1975年霍金提出得“黑洞悖论”，是以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大，进入其边界的，也即所谓“活动水平线”的物体都会被其吞噬而永远无法逃逸。黑洞形成后，就开始向外辐射能量，最终将因为质量丧失殆尽而消失。这种辐射并不包含黑洞内部物质的信息，一旦黑洞消失，这些信息也就丧失了，这便是所谓的“黑洞悖论”。而该理论与量子物理学的理论背道而驰。量子物理学认为，类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。
这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。近30年来，霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示，黑洞中量子运动是一种特殊情况，由于黑洞中的引力非常强烈，量子力学在此时已经不再适用了。但是霍金的这种说法并没有得到科学界众多持怀疑态度学者的信服。 如今，霍金终于给了这个当年自相矛盾观点一个更具有说服力的答案。霍金称，黑洞从来都不会完全关闭自身，他们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量，随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。
正是因为霍金的新理论的提出，不仅给物理界带来很大轰动，更重要的是全新的视野，黑洞转而在星系形成过程中扮演了重要角色。
（三）我眼里的黑洞
在这之前我都黑洞的理解几乎为零，也认为黑洞里我们太过遥远，经过学习和资料阅读，我发现其实我们的地球和黑洞有很大的联系，也许有一天地球会被吞噬肢解，也许有一天碎片又被黑洞吐出。
三、不断深入研究探讨真理
目前，真理还没有被揭开，一切都难有定论。不仅是伟大的科学家霍金在提出理论的29年后也会用心的理论推翻自己的先前理论，因而，只要真理还没定数，人类对于黑洞的探究就不会停止。因此，物理界对于宇宙和黑洞的认识和研究还是一个漫长的道路。
参考文献：
[1]《爱因斯坦文集》，第二卷，150~209页
[2]《阿尔伯特爱因斯坦科学工作概论》，德布罗意，见赵中立、许良英翻译
[3]《科技日报》，张孟军：《弱肉强食也存在于太空中：一个黑洞撕裂并吞吃一颗恒星》，2004年2月20日
[4]《如何进行时间旅行》，Paul Parsons，见章飞虹翻译，1987年
[5]《每日电讯报》，2004年7月21日
My view on Black hole
Abstract:This paper introduced some aspects about black hole,such as “What is Black hole?”,”How can it insist?”and some interesting phenomenon About it .
Key word: interesting phenomenon ;black hole; Hawking
签名：