探索宇宙未解之谜黑洞

篇一：探索宇宙空间的未解之谜---黑洞

探索宇宙空间的未解之谜

浩瀚宇宙有着很多我们不知道的事物，有着许许多多的未解之谜。千百年来，人们一直试图触摸宇宙，弄清宇宙到底是什么模样。本篇论文要探索是大家很感兴趣，充满神秘的黑洞。

黑洞，是一个从爱因斯坦建立广义相对论以后最重要的物理理论结果，也是现在唯一一个可以统一相对论和量子理论，同时又可以使人类在对物理极至理论的探索道路上继续迈进的一种星体。广义相对论预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。

与别的天体相比，黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，物理学家也只能对它内部结构提出各种猜想。而使得黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的空间。根据广义相对论，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的最短距离传播，但相对而言它已弯曲。在经过大密度的天体时，空间会弯曲。光也就偏离了原来的方向。在地球上，由于引力场作用很小，空间的弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。

在黑洞热性质的研究取得很大进展的同时，许多粒子物理学家表示对霍金辐射有保留意见。理由是，纯粹的热辐射几乎带不出任何信息。如果黑洞真的辐射到最后，全部转化为热，则形成黑洞的那些物质带进去的信息将从宇宙中彻底消失。这不仅会破坏轻子数守恒、重子数守恒等许多重要的物理定律，而且信息不守恒将使正在创建的量子引力理论不满足么正性，这将给已经取得辉煌成就的量子场论带来重大危机。对于黑洞造成的信息佯谬其实可以从两方面看。一方面，物理学中有能量守恒、动量守恒、电荷守恒等许多守恒定律，但没有“信息守恒定律”。相反，如果信息论中把信息看作“负熵”的观点正确，而且信息熵与热力学熵确实有相同的本质，那么信息原则上应该不守恒。这是因为热力学第二定律的灵魂就在于“熵增加”，在于指出自然过程的不可逆性。既然熵不守恒，信息当然不会守恒。黑洞的热辐射有可能偏离黑体谱，黑洞蒸发的最后也有可能留下部分炉渣。总之，真实的黑洞过程不会保证信息守恒，但也可能会有部分信息从黑洞中泄出来或残留到最后。但除了质量、 电荷和旋转不同之外，所有黑洞都是难以区分的。质量、电荷和旋速度相同的两个黑洞在其他方面都一模一样： 无论恒星、星尘还是外星人的太空飞船，物体落入黑洞后其原有性质都不会留下丝毫痕迹。这令科学家们奇怪，黑洞是如何处理所有这些信息的? 因为量子力学告诉我们，信息总是被保存的。即使在爆炸之后，你也能从剩下的残骸中分析出最初的物质。但涉及黑洞时情况就不同了。这个难题的一种奇异解释是，信息泄 漏到其他宇宙去了。这种理论是，当一颗恒星的核坍缩形成黑洞，它并不是缩成质点，而是产生一个新的不断扩张的时空领域，其实就是另一个宇宙。如果是这 样，我们所在的宇宙可能是另一个先于我们存在的宇宙的某个黑洞所产生的。

甚至可能存在一群宇宙，即多元宇宙，彼此通过黑洞相联接。物质信息难题的另 一种可能解答基于黑洞并不是完全黑暗的这一事实，它们会向空间发出放 射 物。黑洞吞噬信息可能以某种形式通过这种“霍金射 线”反映出来这种理论是英国物理学家斯蒂芬·霍金提出的，他通过计算证实了黑洞是逐渐缩小的。根据量子力学，粒子和它们的反粒子不断从真空中产生，然后在转瞬间又归于虚无。这个过程先是从真空“借取”能量，随后又如数归还。但是一对粒子和反粒子出 现在黑洞的事件视界上时，一个粒子可能落入黑洞，而另一个逃逸出来。因此黑洞等于“丢失”了相当于逃逸粒子质量的那部分能量 。

黑洞内部的奇点是时间终结的地方，白洞内部的奇点则是时间开始的地方。大爆炸宇宙的奇点，也是时间开始的地方，而大坍缩宇宙的奇点则是时间终结的地方。广义相对论指出，进入黑洞的f1}何物质都将在有限的时间内穿越单向膜区到达奇点。值得注意的是，由于时宅坐标互换，r= O现在不是黑洞的“球心”，而是时间的终结之处。这就是说，落入黑洞的物质在经历有限时间之后，就到达了时间的“终点” 或者说，它们的时间将在有限的经历中结束。也可以说，经过有限的时间，它们就处在时间之外了。至于“时间之外”是什么意思，今天的自然科学还不能回答。

科学家们提出设想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存在“白洞”。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去，而白洞可以把这些东西都吐出来。科学家们设想，黑洞与白洞是连在一起的，黑洞把物质吸进去，物质在里面会经过一个叫做奇异点的东西，然后物质就到达了白洞的“管辖范围”，会被白洞“吐”出来。然后物质就到达了另一个宇宙（第一平行宇宙到达第二平行宇宙）。但是，如果白洞存在，所有的物体将会以极快的速度离开。如果一个黑洞正在旋转，那么它就可以打开一个通道，这个连接着黑洞和白洞的通道，称 之为虫洞。如果你跌进一个虫洞中你就有可能飞速地从黑洞中进入然后从另一端的白洞中飞出。经过这样的旅途后你将停留在宇宙中的某个角落，或许将来，和另一个宇宙在一起。

事实上，有关于黑洞的各种科学问题、未解之谜还有待于科学家们的进一步研究和发现。不断地探测与研究黑洞，对我们人类的进步和认知有着重大的意义。黑洞与宇宙学的研究与基本粒子，天体演化有密切关系。黑洞引出了奇点困难,体积为零,密度无穷大的数学奇点应该不会在物理界出现,但是自然界中实在找不到其它的力可以抵抗强大的引力,因此,在奇点附近有可能存在至今未被发现的相互作用或物理定律阻止奇点的形成，新时空问题等等，都与研究黑洞密切相关。 如最年轻黑洞发现，有助于我们了解首次观测黑洞早期状态，观测黑洞成长绝佳机会以及了解其他恒星命运，证实黑洞生成理论。不断地探索宇宙的事物，解开其中的未解之谜。

《宇宙新视野》 作者：C.C.皮特森，J.C.布兰特

《时间简史》 作者：斯蒂芬·威廉·霍金

篇二：探索宇宙空间的未解之迷——黑洞

探索宇宙空间的

未解之迷——黑洞

2、论文内容论文中要体现出下列四个方面的内容 1 ）、简要说明你所选择的对象属于哪类天体 ( 5分) 2 ）、目前观测研究的现状、热点或未解之迷 ( 50分) 3 ）、探测与研究的意义 ( 40分)

4 ）、学习?现代天文学″后的感悟（5分）

学院：不动产学院

班级：11城规二班

姓名：胡奕楷

学号：1104030053

一、黑洞

1、黑洞的定义

黑洞是一个空间——时间区域，它的最外围是光所能从黑洞向外到达的最远距离，这个边界称为“事件视界”。它如同一个单向的膜，只允许物质穿过视界并落到黑洞里去，但没有任何物质能够从里面出来。

2、黑洞的形成

当大质量天体演化末期，其坍缩核心的质量超过太阳质量的3.2倍时，由于没有能够对抗引力的斥力，核心坍塌将无限进行下去，从而形成黑洞。（核心小于1.4个太阳质量的，会变成白矮星；介于两者之间的，形成中子星）。

爱因斯坦的广义相对论预测有黑洞解。其中最简单的球对称解为史瓦西度规。这是由卡尔·史瓦西于1915年发现的爱因斯坦方程的解。根据史瓦西解，如果一个引力天体的半径小于一个特定值，天体将会发生坍塌，这个半径就叫做史瓦西半径。在这个半径以下的天体，其中的时空严重弯曲，从而使其发射的所有射线，无论是来自什么方向的，都将被吸引入这个天体的中心。因为相对论指出在任何惯性座标中，物质的速率都不可能超越真空中的光速，在史瓦西半径以下的天体的任何物质，都将塌陷于中心部分。一个有理论上无限密度组成的点组成引力奇点（gravitational singularity）。由于在史瓦西半径内连光线都不能逃出黑洞，所以一个典型的黑洞确实是绝对“黑”的。

史瓦西半径由下面式子给出：sR=2GM/c2

G是万有引力常数，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，其史瓦西半径仅有9毫米。

3、黑洞的分类

（1）按质量分：

超巨质量黑洞：可以在所有已知星系中心发现其踪迹。质量据说是太阳的数百万至十数亿倍。

小质量黑洞：质量为太阳质量的10至20倍，即超新星爆炸以后所留下的核心质量是太阳的3至15倍就会形成黑洞。理论预测，当质量为太阳的40倍以上，可不经超新星爆炸过程而形成黑洞。

中型黑洞：推论是由小质量黑洞合并形成，最后则变成超巨质量黑洞。中型黑洞是否真

实存在仍然存疑。

（2）根据物理特性分：

根据黑洞本身的物理特性（质量、电荷、角动量）来划分，有四种，分别是①不旋转不带电荷的黑洞；②不旋转带电黑洞，称R-N黑洞；③旋转不带电黑洞，称克尔黑洞；④一般黑洞，称克尔-纽曼黑洞。

（3）原初黑洞:

原初黑洞是理论预言的一类黑洞，尚无直接证据支持原初黑洞的存在。宇宙大爆炸初期，宇宙早期膨胀之前，某些区域密度非常大，以至于宇宙膨胀后这些区域的密度仍然大到可以形成黑洞，这类黑洞叫做原初黑洞。原初黑洞的质量与密度不均匀处的尺度有关，因此原初黑洞的质量可以小于恒星坍塌生成的黑洞，根据霍金的理论，黑洞质量越小，蒸发越快。质量非常小的原初黑洞可能已经蒸发或即将蒸发，而恒星坍塌形成的黑洞的蒸发时标一般长于宇宙时间。

二、黑洞的现状、热点或未解之迷

黑洞，是一个从爱因斯坦建立广义相对论以后最重要的物理理论结果，也是现在唯一一个可以统一相对论和量子理论，同时又可以使人类在对物理极至理论的探索道路上继续迈进的一种星体。广义相对论预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。

与别的天体相比，黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，物理学家也只能对它内部结构提出各种猜想。而使得黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的空间。根据广义相对论，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的最短距离传播，但相对而言它已弯曲。在经过大密度的天体时，空间会弯曲。光也就偏离了原来的方向。在地球上，由于引力场作用很小，空间的弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光

线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。

在黑洞热性质的研究取得很大进展的同时，许多粒子物理学家表示对霍金辐射有保留意见。理由是，纯粹的热辐射几乎带不出任何信息。如果黑洞真的辐射到最后，全部转化为热，则形成黑洞的那些物质带进去的信息将从宇宙中彻底消失。这不仅会破坏轻子数守恒、重子数守恒等许多重要的物理定律，而且信息不守恒将使正在创建的量子引力理论不满足么正性，这将给已经取得辉煌成就的量子场论带来重大危机。对于黑洞造成的信息佯谬其实可以从两方面看。一方面，物理学中有能量守恒、动量守恒、电荷守恒等许多守恒定律，但没有“信息守恒定律”。相反，如果信息论中把信息看作“负熵”的观点正确，而且信息熵与热力学熵确实有相同的本质，那么信息原则上应该不守恒。这是因为热力学第二定律的灵魂就在于“熵增加”，在于指出自然过程的不可逆性。既然熵不守恒，信息当然不会守恒。黑洞的热辐射有可能偏离黑体谱，黑洞蒸发的最后也有可能留下部分炉渣。总之，真实的黑洞过程不会保证信息守恒，但也可能会有部分信息从黑洞中泄出来或残留到最后。但除了质量、 电荷和旋转不同之外，所有黑洞都是难以区分的。质量、电荷和旋速度相同的两个黑洞在其他方面都一模一样： 无论恒星、星尘还是外星人的太空飞船，物体落入黑洞后其原有性质都不会留下丝毫痕迹。这令科学家们奇怪，黑洞是如何处理所有这些信息的? 因为量子力学告诉我们，信息总是被保存的。即使在爆炸之后，你也能从剩下的残骸中分析出最初的物质。但涉及黑洞时情况就不同了。这个难题的一种奇异解释是，信息泄漏到其他宇宙去了。这种理论是，当一颗恒星的核坍缩形成黑洞，它并不是缩成质点，而是产生一个新的不断扩张的时空领域，其实就是另一个宇宙。如果是这样，我们所在的宇宙可能是另一个先于我们存在的宇宙的某个黑洞所产生的。甚至可能存在一群宇宙，即多元宇宙，彼此通过黑洞相联接。物质信息难题的另 一种可能解答基于黑洞并不是完全黑暗的这一事实，它们会向空间发出放射物。黑洞吞噬信息可能以某种形式通过这种“霍金射 线”反映出来这种理论是英国物理学家斯蒂芬·霍金提出的，他通过计算证实了黑洞是逐渐缩小的。根据量子力学，粒子和它们的反粒子不断从真空中产生，然后在转瞬间又归于虚无。这个过程先是从真空“借取”能量，随后又如数归还。但是一对粒子和反粒子出 现在黑洞的事件视界上时，一个粒子可能落入黑洞，而另一个逃逸出来。因此黑洞等于“丢失”了相当于逃逸粒子质量的那部分能量。

黑洞内部的奇点是时间终结的地方，白洞内部的奇点则是时间开始的地方。大爆炸宇宙的奇点，也是时间开始的地方，而大坍缩宇宙的奇点则是时间终结的地方。广义相对论指出，

进入黑洞的任何物质都将在有限的时间内穿越单向膜区到达奇点。这就是说，落入黑洞的物质在经历有限时间之后，就到达了时间的“终点” 或者说，它们的时间将在有限的经历中结束。也可以说，经过有限的时间，它们就处在时间之外了。至于“时间之外”是什么意思，今天的自然科学还不能回答。

三、探测与研究黑洞的意义

黑洞是理论物理中各种极限状态的典型代表，其探测与研究，具有三大意义：第一，理论物理的大统一理论（解释宇宙万物的终极理论）；自然界中，有四种基本的作用力，它们分别是万有引力，电磁相互作用力，弱相互作用力和强相互作用力。大统一理论就是四种基本的作用力在理论上的统一，理论上的统一意味着四种基本的作用力拥有统一的起源，这就要追溯到宇宙之初，来寻求力的起源。有理论认为，在宇宙大爆炸10~-35秒，宇宙同一场分化出四种基本的作用力。这一观念推动人们不断地寻求大统一理论，尽管道路艰难。在统一的道路上，做的最成功的是麦克斯韦的电和磁两种相互作用的统一，以及电磁力和弱相互作用力的统一，这是由温伯格和萨拉姆在格拉肖早期工作的基础上完成的。电磁力和弱相互作用力被统一成一种力，即电弱力，而电磁力和弱相互作用力则被看做一种力的不同表现形式。时至今日，人们仍在寻求引力，电弱力和强相互作用力的统一，最但终都不成功。假如在宇宙之初，最先生成的应是引力，而不是四种基本作用力的统一体，这样会更有利于四种基本作用力的统一。我们设想，引力是最先生成的力，跟据对称性原则，与之同时生成的还有反引力，引力和反引力是相互矛盾统一的，它们在宇宙中是相等的。紧接着，随着时间的推移，宇宙中的引力和反引力的对称性开始被破坏，由反引力分化出电磁相互作用力，弱相互作用力和强相互作用力。三种基本的相互作用力都是反引力性质的力，它们是反引力的三种不同表达形式。这一点很像电磁力和弱相互作用力的统一，二者是电弱力的不同表现形式。由引力和反引力的统一，我们得到了宇宙基本作用力的统一，可以说我们找到了力的起源。

第二，哲学宗教意义；

第三，现实意义，研究基本粒子，衍生各种民用产品，比如能源类、讯息类还有未来的星际旅行等。科学家们提出设想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存在“白洞”。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去，而白洞可以把这些东西都吐出来。科学家们设想，黑洞与

篇三：宇宙的未解之谜—黑洞

宇宙的未解之谜

(来自:www.sMHaiDa.com 海 达范文网:探索宇宙未解之谜黑洞)

——黑洞

按照近代物理学的观点，“黑洞”是由超中子星临界质量的重级恒星发生引力塌缩而形成。在渐近平坦的时空间中，其引力场强到能“吞食掉”任何物质（连光和电磁波也无法逃脱），故而这样的时空域被形象的称为“黑洞”。黑洞的存在，最早为牛顿力学所预言，后来广义相对论从理论上对其作出了进一步论证。从此，黑洞为全世界的物理学家和天文学家所瞩目。特别是近十年来，黑洞物理学，作为相对论天体物理学的一个新分支，又作为广义相对论的一个新分支活跃于科学舞台。然而，至今谁也没有确实观察到这种奇异的天体。天文学家把某些天体说成是黑洞，论据却还不足；从某种意义上来讲，可以认为，“黑洞”仍是一个未解之谜。

“黑洞”是根据广义相对论预言存在的天体，它凭着自身的引力把空间中的切“禁闭”起来。黑洞的大小若用质量相比较的话，那么具有太阳质量的黑洞，半径只有3公里。黑洞把一切物质吸入，连光都不可能逸出。事实上，当物质被吸入黑洞的“地平线”下之前，黑洞极强的引力场引起了超高速运动，由此释放出巨大能量。其原理与水力发电相似，在水力发电中，下落的势能转化为电能。对黑洞来说，因引力下落的能量由于摩擦转变为热能，并最终转变为光能。 早年的牛顿力学认为， 当星球的半径小于一定的值时，即小于临界半径时即使时光也不能从星球的引力中逃逸出来。因此，这种星球不能像太阳那样向外部空间辐射出光及其它任何信号。光只能返回其表面被吸收，使我们看不到这种星球。这就是牛顿理论中的黑洞。之后一百多年的时间内，这一预言却没引起人们的注意。“光受到强引力场的作用”，也只是一种假设而已。直到1915年，才直接成了爱因斯坦提出的广义相对论中的一个结论。纯粹从广义相对论的角度来看，引力根本不必走出黑洞。广义相对论是一个局域理论，即时空中一点的场完全由在该点正与之以光速或低于光速相互作用的事物所决定。 如果一颗恒星坍缩成一个黑洞，其外部的引力场完全可以通过计算它变成黑洞以前的恒星的性质和外部引力场来获得。正如我们在掉入黑洞前的最后阶段所发出的光线将花费越来越长的时间以达到处于远处的观察者一样，恒星坍缩末期所发生事件的引力

效应将花费越来越长的时间传播到遥远的外部世界。从这个意义上说，黑洞是一种“冰冻的恒星”：其引力场是“化石”场。黑洞的电磁场也是同样的。通常此类问题都冠以“引力”、假定的“时空扭曲”等术语来发问。但如果有类似于引力的东西用“引力粒子”来进行类似于引力的相互作用，它们怎么才能跨过视界发生作用呢？广义相对论中不存在引力子，因为广义相对论不是一个量子理论，当它发展完全以后可能会成为量子引力理论的一部分。但纵然如此，它也不一定是最好的用来描述虚拟引力子产生的引力效应的理论。参见虚拟粒子对此的讨论。

黑洞辐射现象向目前公认的物理理论提出了新的挑战。一颗塌缩前的恒星，几乎全由正粒子组成，当它的质量超过中子星质量的上限时，它将在强大的自重力作用下，一直塌缩下去而成为黑洞。因此，黑洞的确代表着恒星的“死亡”。由于“死亡”了的经典黑洞的温度极低，所以它是不会辐射的。然而，Hawking的黑洞蒸发理论却告诉我们在宇宙中能够存在一种微黑洞，它会“蒸发”，它将在一次大爆炸中化为炽热的星云。就像恩格斯的著名预言那样：“死去的太阳转变为炽热的星云”。一个崭新的世界，在旧世界的末日中诞生。天才的黑洞物理学家们为我们勾划出了这样一幅极为生动的宇宙大循环理论图像。按照恒星演化理论，认为黑洞是这样形成的：恒星演化到晚期，它内部的热核燃料烧完之后，由于引力塌缩作用，晚期恒星将塌缩下去。当它的质量M＜1.4M日时，它将成为

白矮星，白矮星内部的电子简并压力抗衡了引力，使塌缩终止；当它的质量，1.4M日＜M＜3M日时，它成为中子星，中子星内部的中子简并压力抗衡了引力，使塌缩

终止；当它的质量M≥3M日时，不存在可能的平衡状态，它只能继续塌缩下去而

形成黑洞。还有其他宇宙过程可以形成黑洞。例如在形成星系、星系团时，一部分物质不能形成平衡的天体，发生引力塌缩，可形成质量为108～1011M日的黑洞，现在以“不发光的物质”形式存在的可能性较大。还如在高密星团和星子核内的动能急剧失散时，也可能发生引力塌缩形成黑洞。甚至还有人认为，在很早以前，天体还没有形成时，黑洞就可能存在了，这些黑洞叫做“原始微黑洞”。我国物理学家方励之等人提出，“反常中子星”可能是形成黑洞之前的前兆情况。国外还有人提出“夸克”星。

根据广义相对论预言，在浩瀚的宇宙中有许多黑洞存在。因此，人们在对黑洞进行理论研究的同时，广泛开展了在茫茫宇宙中寻觅、观察黑洞的工作。连任何信号都不可能发出的黑洞，在这么广袤的宇宙里寻找起来十分的困难。更何况冷却了的白矮星和中子星也同样可认作为暗天体存在，观测时，它们与黑洞很难区别。黑洞虽然很难直接观察到，但理论预示，由于中子星具有临界质量，如能观察到有比中子星更重、更暗的小型天体，它可能就是黑洞。落入这个洞的物质

（如所吸收的气体），在堕落途中到被吞没之前，围绕黑洞形成旋转的圆盘。围绕黑洞旋转急剧堕落的这种加热的和可能磁化的等离子体能够辐射能量，所以黑洞在某个时期作为活动的天体被观测到的可能性比作为暗天体被观测到的可能性大。再者，根据前面所说的“黑洞蒸发”辐射理论，如果宇宙中真还有原始微黑洞存在，可能产生强大的γ射线，放出高能粒子，按理现在能直接观测到这种正处在“蒸发”辐射的微黑洞。此外，由于其它天体处在强引力场尚未显现的情况，可以说黑洞是引力波发生之源的唯一依据，这样人们便可通过观测引力波来寻找黑洞了。如前所述，落入黑洞的物质，在被黑洞吞没之前，它将绕黑洞旋转并辐射能量。由此人们认为，充当双星系子星的黑洞，其引力场在很大距离处与普通恒星引力场无区别，因为它影响另一子星（恒星）的运动。此系统的双子星相互围绕旋转，演化的某一阶段会发生强烈的物质交流，奔向黑洞的物质发出X射线。那么，发出X射线处的子星就是黑洞。70年代以来，随着“X射线天文学”的诞生，人们对双星的X射线进行了大量的观测。

在北斗七星的旁边，大熊座的“熊头”附近，有一个形状不伦不类的M82星系。直径达1200万光年的M82星系，有一条黑色缝隙横贯其中，所以它得到了一个“破裂星系”的绰号。这条黑色缝隙实际上是一个由混杂尘埃的气体构成的，而M82星系本身是一个标准的“透镜”型星系。M82星系具有显著的特征，其中心部位以超过别的星系数千倍的速度诞生着新的恒星。最近在被称为“星爆”的M82星系中，天文学家发现了奇异的天体。 事实上，对被称为“X射线双星”的天体的观测表明，气体被吸入黑洞后释放出的是光放射。黑洞是与中子星或是巨星构成彼此绕转的双星，从巨星流出的气体在旋转着落入黑洞或中子星时，会放出大量X射线。在这种情况下黑洞具有太阳的质量，若具有8倍于太阳的质量，那便是超新星爆发后的残存物。中子星是仅由中子构成的天体，比黑洞要大上数倍。 迄今为止已知的X射线双星系统最亮者达到太阳光度的100万倍程度，M82星系发现的X射线天体在此基础上又增高了10倍。由此估计这个黑洞的质量约为太阳的460倍到最大为1亿倍。总之，这个黑洞的质量很可能远远超过了太阳。这说明，在M82星系发现的是待确认的黑洞，而不单纯是超新星爆发后残存物。

夏季的夜空，位于天鹅座的东北角会出现一颗取名为HDE226868的蓝色巨星，有一个称为天鹅座x-1的天体就作为这颗蓝色巨星的伴星，以周期5.6日在蓝色巨星的周围盘旋。美国加利福尼亚大学的一个研究小组用一种高灵敏度的新探测仪重新考查了天鹅座x-1，认为天鹅座x-1很可能就是黑洞，但并不能肯定。 1997年，哈勃太空望远镜首次观测证实，类星体处于星系的中心部位，是星系

的核心。在那里极有可能存在巨大黑洞。但是此说难圆，迄今发现的类星体大约只有星系数目的百分之一，仅仅以此为依据还不能认为任何星系都存在巨大黑洞。

到目前为止，天文学主要依靠光、电波、X射线等电磁波作为手段进行观测。但是电磁波在物质中几乎不能穿行，要想了解星体内部，只能获得少得可怜的信息。因此希望之一，来自引力波望远镜。如果引力波望远镜能制造成功，那么我们就能像了解太阳那样看到遥远处巨星的塌缩姿态和黑洞了。另一个希望来自太空望远镜。把口径为2.4m的光学望远镜载上航天飞机，送入地球轨道，就不难以角分辨力为0.01秒的精度分析天体，直至观测到26等星。使用了太空望远镜，虽然仍无法直接观察黑洞，却能捕捉到引力透镜现象。通过黑洞边缘的光线，会因黑洞引力场引起弯曲而形成扭曲图像，这些像可用高分辨望远镜进行观察。 黑洞物理学发展到当代水平，使热力学、广义相对论和量子场论相结合，无论理论研究还是搜寻观察都取得了令人振奋的进展。然而对双星的引力波和X射线的观测并不是直接观察，更不是对引力波源和X射线源的直接观测，即还未直接观测到黑洞的确切存在。这为当今和未来的物理学家和天体物理学家，提出了更新的课题，留下了更艰巨的任务,大量的问题有待于进一步去探索。然而随着科技的发展，我们有理由相信，人类必然会解开黑洞神秘的面纱。

篇四：黑洞,宇宙未解之谜

黑洞，宇宙未解之谜

在宇宙间有一个看不见的大恶魔。它能吞食原子、光、声音、电磁波、尘埃、巨大的恒星等所有的东西。这个大恶魔就是黑洞。当所以的东西被它吞食时，就像掉进了无底洞而变得无影无踪。

黑洞真是一个无底的大黑窟窿吗？当然不是。当一颗质量大约是太阳几十倍的恒星被自身的引力压缩成直径只有几公里左右的天体时就形成了黑洞。黑洞具有强大的吸引力，它由自身引力缩成一个封闭性的视界，一切外界的物质或辐射只要进入这个视界，就会被迅速地拉过去。而且无论如何也跑不出去，包括光在内。因此，即使是用最先进的天文望远镜也看不到黑洞。黑洞的名字也就由此而来。

黑洞是恒星走完生命旅程，除中子星和白矮星外的另一种归宿。其实黑洞的体积并不大，可它的质量和引力却无穷大。既然黑洞是看不见的，那么天文学家是怎样发现并研究它们的呢？黑洞虽然看不见，但天文学家可以通过观察围绕黑洞转的行星或其它天体来判断它的存在，并研究了解黑洞形状、大小等等特点的。

我们的地球已经四十多亿岁了，可是它依然焕发着沧海桑田般的生机。再过四十亿年，太阳将完成它的核聚变。那时，如果太阳变成了一个黑洞，但它还在太阳系中间，九大行星是不会被吞食的。但是，地球将因为失去了太阳所给的能量，而在寒冷和黑暗中死亡。如果人类不能在太阳完成核聚变前找到另一个家园，那么地球上的生命将会最终枯竭。

篇五：十大宇宙未解之谜

十大宇宙未解之谜

作者：晓尤

来源：《下一代英才》2012年第09期

我们在宇宙中是唯一的吗？

50年前，天文学家弗克?德雷克首次启动了探寻地球外文明的奥兹玛计划——用巨大的天线接收外星文明发射的信号。50年过去了，天文学家的努力仍然在继续着。然而，即使是迄今为止规模最大的“凤凰”计划，也还没有找到任何来自外星文明的无线电信号。

宇宙是由什么组成的？

一个脱口而出的答案是：由那些亮晶晶的星星组成。但在最近几十年中，科学家越来越发现这个答案是不正确的。他们认为，这些普通物质，只占宇宙总质量的5％。他们估计，另外25％，可能是由尚未发现的粒子组成的暗物质。剩下的70％呢？天文学家认为那可能是暗能量——让宇宙加速膨胀的力量。暗物质和暗能量的本质是什么？科学家正在用加速器和望远镜寻找这些问题的答案。

地球内部如何运作？

50多年前，一场地球科学的革命发生了。板块构造学说更新了关于地球自身的知识。但是关于地球内部构造的问题，仍然沿袭着革命之前的知识。科学家在这50年中所做的，就是把这个鸡蛋模型——分为地壳、地幔和地核进一步细化。借助于越来越先进的地震波成像技术，科学家正在研究地球这个庞大机器的运作过程。但是要掀起另一场科学革命，可能还需要半个世纪。

地球温室将变得多热？

尽管大气的二氧化碳浓度肯定会在本世纪继续增加，尽管这种增加肯定会带来全球变暖，但是变暖的程度仍然不太确定。科学家一般认为，这个世纪二氧化碳浓度的加倍会带来

1.5℃～4.5℃的升温。但是这不够精确。科学家正在发展新的数学模型，试图让数字更令人信服。

物理学定律可以被统一起来吗？

苹果落向地面、一道闪电划过长空、核电站反应堆里的铀原子衰变同时放出能量、超级加速器击碎质子——这几种现象代表着自然界中四种基本力的作用，也就是引力、电磁力、弱力和强力。宇宙间所有的物理现象都可以用这四种基本力进行解释。但是科学家并不满足。有没有可能把这四种力统一成为一种？上个世纪60年代，物理学家发现弱力和电磁力是可以统一

起来的，它们是一种事物的不同侧面，统称电弱力。但是其余两种力是否可以和它们统一起来还在探索中……

在量子不确定性和非定域性之下，还有更深层次的原理？

量子理论已经诞生了100多年，它产生了令人信服的应用成果，但是它也带来了反直觉：量子力学的不确定原理指出我们无法同时精确地获得一个物体的动量和位置。而非定域性让两个处于量子纠缠态的粒子的纠缠态同时崩溃，而不管它们相距多远。爱因斯坦就说过，尽管量子力学给他留下了非常深刻的印象，但是“一个内心的声音告诉我，它还不是真实的东西。” 我们能把化学自我装配推进多远？

在某种意义上，化学家是最喜欢发明的一群人，因为他们总是不断制造出新型的分子。尽管今天的化学家已经能制造出很复杂的化学结构，他们能让这项工作变得既简单又复杂吗？也就是说，让“原料”原子自己“装配”成复杂的结构，就像生命所表现出来的那种自我装配的特性。已经有一些化学自我装配的实例，例如制造类似细胞膜的双层膜结构。但是更高级的自我装配，例如自下而上地制造集成电路，现在仍然是一个梦想。

传统计算的极限是什么？

有些事看上去很简单但是解决起来很复杂，例如一个推销员要走遍相互连接的几个城市，那么怎样走才能实现总路程最近？城市数量的增加会让最强大的电子计算机也感到畏惧。上个世纪40年代，信息论之父香农提出了信息储存和传递所遵循的物理规律。任何传统的计算机都不能超越这个规律。那么，在工程上，最终我们能造出多么强大的计算机？不过，非传统的计算机可能并不受到这些限制，例如近年来兴起的量子计算机。

意识的生物学基础是什么？

法国哲学家有句名言：“我思故我在。”可以看出，意识在很长时间里都是哲学讨论的话题。现代科学认为，意识是从大脑中数以亿计的神经元的协作中涌现出来的。但是这仍然太笼统了，具体来说，神经元是如何产生意识的？近年来，科学家已经找到了一些可以对这个最主观和最个人的事物进行客观研究的方法和工具，并且借助大脑损伤的病人，科学家得以一窥意识的奥秘。除了要弄清意识的具体运作方式，科学家还想知道一个更深层次问题的答案：它为什么存在，它是如何起源的？

什么控制着器官再生？

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