大学物理论文2000字关于黑洞的问题及答案

“黑洞”是一种天体：它的引力场强大得就连光也不能逃脱出来。根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。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，下面将会叙述。黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。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多了。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，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度（史瓦西半径），正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，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，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。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。所以，我们可以毫不费力地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。更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！ “黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的

没有人可以解释清楚~不然霍金还在轮椅上躺着……假说不值钱~我期待你的成功……

回答你第1个问题如下：量子理论的基本原则是沃纳·海森伯( Werner Heisenberg ) 的不确定原理。根据这一原理，量子物体的所有属性都不具有完全确定的值。例如，一个光子或一个电子不可能同时具有确定的位置和确定的动量。对一确定的时刻，它也不可能有确定的能量。这里我们关心的是能量不确定性。尽管在宏观世界里能量是守恒的（它既不能创造也不会消失），但是在亚原子量子领域里这个定律就失效了。能量可随时自发出现无法预言的变化。所考虑的时间间隔越短，这种量子随机涨落就越大。实际上，粒子可以从我们不知道的某个地方借来能量，只要这份能量马上归还就行。海森伯不确定原理的准确数学形式要求大宗的能量借贷必须很快归还，而少量的借贷则可保留较长的时间。能量的不确定性会引出一些奇怪的效应，诸如光子那样的粒子可以突然从虚无中生成，不过过后它又马上再度消失，出现这种现象的概率便是上述奇怪效应中的一种。这种粒子依靠借来的能量，因而也是依靠借来的时间得以生存。我们看不到它们是因为它们只是闪电般地一现即没，但是又确实在原子系统的特性中留下它们曾存在过的痕迹，而这些痕迹是可以测量的。事实上，通常认为的真空确实充满着川流不息的一群群这类瞬时存在的粒子，它们不仅有光子，还有电子、质子相别的所有粒子。为了把这种瞬时粒子与我们比较熟悉的永久粒子相区别，前者称为“虚”粒子，而后者则称为“实”粒子。除瞬时性外，虚粒子与实粒子是完全相同的。实际上，如果用某种方法从外界补充足够的能量偿还海森伯能量借贷的话，那么虚粒子就有可能升格为实粒子，而且与其他同种实粒子没有任何区别。例如，一个虚电子在典型情况下只能存在大约 10-21 秒。在它短促的生存期中，虚电子并非静止不动，它在消失之前可以走过 10-11 厘米的距离（作为比较，原子的直径约为 10-8 厘米）。如果这个虚电子在这么短的时间内得到能量（譬如说从电磁场），它就未必会消失，而是可以作为一个完全普通的电子继续存在。尽管看不见这些虚粒子，但它们实实在在存在于真空之中。这不仅因为真空包含一个潜在的永久性粒子库，还因为尽管它们以半真半虚的形式出现，这些幽灵般的量子实体依然会留下它们的活动痕迹，而且可以探测到。例如虚光子的效应之一是使原子的能级发生极少量的偏移。它们也能使电子磁矩发生同样细微的变化。这些细微然而却很重要的变化已用光谱技术精确地测量到。考虑到亚原子粒子一般不自由移动，但要受到各种与粒子种类有关的力的作用，对上述简单的量子真空图象要作些修正。这种种力也在相应的虚粒子之间发生作用。因此，也许存在不止一种真空态。许多可能的“量子态”的存在是量子物理的普遍特征。最为熟知的是原子的各种能级。这里，一个绕原子核转动的电子可以有某些非常确定的能态，而这些能态又对应着确定的能量。最低的能级称为基态，它是稳定的。较高的能级称为激发态，它们是不稳定的。如果一个电子闯入一个较高的能态，它会向下跃迁返回基态，而跃迁的途径可以不止一种。这种激发态有很确定的“衰变”半衰期。类似的原理适用于真空。它可以有一种或多种激发态。这些激发态有各不相同的能量，不过它们的实际表象完全相同，即都是真空。最低的能态，也就是基态，有时称为“真”真空，以反映它是稳定态这一事实，大体上对应今天宇宙的真空区域。激发真空则称为“伪”真空态。应当说，伪真空态仍然是一种纯理论的观念，其性质在很大程度上取决于所用的特定理论。但是，伪真空态很自然地出现在现今所有试图统一各种自然力的理论中。现在已确认的基本力看来有 4 种：日常生活所熟悉的引力和电磁力，以及两种短程核力——弱力和强力。这份清单过去还要长些。例如，电和磁就曾被看作是截然不同的东西，电与磁的统一过程开始于 19 世纪初。当时，汉斯·克里斯琴·奥斯特( Hans Christian Oersted )发现电流产生磁场，而迈克尔·法拉第( Michel Faraday )则发现运动的磁铁会产生电流。很清楚，电与磁是有内在联系的。但是，直到 19 世纪 50 年代，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦( James Clerk Maxwell )才指示了这种联系的细节。麦克斯韦通过一组数学方程精确描述这些“电磁”现象，并预言电磁波的存在。不久，人们便意识到光也是这种波的一个例子，而且还应当存在其他形式的波，如射电波和 X 射线。因此，表面上两种不同的自然力——电力和磁力——原来是单一电磁力的两种表现，它有着自身特有的一些现象。最近几十年来，这种统一过程有了更深入的发展。根据现在的认识，电磁力和弱核力是有联系的，是单一“电弱”力的组成部分。许多物理学家相信、作为所谓大统一理论的一部分，将来也会证明强力与电弱力有联系。不仅如此，所有 4 种力可能在某种足够深的层次上合成为单一的超力。企图统一电弱力和强力的一些大统一理论预言了一种最有前途的暴胀力。这些理论的一个关键特征是，伪真空态的能量大得惊人：典型情况是，1 立方厘米的空间含有 10^87 焦耳的能量！甚至一个原子的体积也会拥有 10^62 焦耳的能量。一个受激原子却只具有 10^-18 焦耳左右的能量，两者相比，后者简直是微乎其微。因此，要激发真空，需要极大的能量，而在今天的宇宙中我们不企望会找到这种状态。另一方面，一旦有了大爆炸的极端条件，这些数字就比较说得通了。与伪真空联系在一起的巨大能量具有强大的引力效应。这是因为能量具有质量，这一点爱因斯坦已经为我们指出了，所以它可以像正常物质一样受引力吸引。量子真空的巨大能量拥有巨大的吸引力：1 立方厘米伪真空的质量重达 10^64 吨，这比今天整个可观测宇宙的质量（约 10^48 ）还大！这种异常的引力对暴胀的产生毫无用处，后者要求某种反引力过程。但是，巨大的伪真空能量是和同等巨大的伪真空压力联系在一起的，而正是这种压力起着奇妙的作用。通常，我们并不把压力看作为引力源，但这种压力却是一种引力源。在一般物体中，物体压力的引力效应与物体质量的引力效应相比是微不足道的。例如，人体重量中只有不到十亿分之一是由地球内部压力产生的，不过，这种效应确实存在，而且在一个压力极其巨大的系统中，压力引力可以与质量引力相比拟。在伪真空的情况下，既有巨大的能量，又有与之相仿的巨大压力，它的相互争夺对引力的支配权，但是，关键的性质在于压力是负的。伪真空起的作用不是排斥而是吸引。现在，负压力产生负引力效应，这就是所谓的反引力。因此，伪真空的引力作用归结为它的能量的巨大吸引效应和它的负压力的巨大排斥效应之间的竞争。最终压力获得了胜利，其净效应是产生一种非常大的排斥力，它可以在一刹那间把宇宙冲开。就是这种庞大的暴胀推力，使宇宙的尺度以极快的速度即每 10^-34 秒增大一倍。就内禀性质来说，伪真空是不稳定的。像所有的激发量子态一样，它要发生衰变以回到基态——真真空。在几十个滴答之后，它就可能衰变。作为一种量子过程，它必然表现出上面讨论过的无法避免的不可预测性和随机涨落，这些性质都与海森伯不确定原理有关。这意味着衰变的发生就整个空间而言不是均匀的，而是会有涨落。某些理论家认为，这些涨落可能就是宇宙背景辐射探测卫星观测到的强度起伏的缘由。在伪真空衰变后，宇宙重新恢复它正常的减速膨胀，由暴胀进入爆炸。封闭在伪真空中的能量得以释放，并以热的形式出现。由暴胀产生的巨大膨胀使宇宙冷却，直到温度十分接近绝对零度，然后暴胀的突然结束再次把宇宙加热到 1028 度的极高温度。今天，这个巨大的热库已几乎完全消失，残留下来的就是宇宙背景热辐射。作为真空能量释放的副产品，量子真空中的许多虚粒子获得其中的一部分能量，并转变成实粒子。这些粒子的遗骸留存至今，成为组成你、我、银河系和整个可观测宇宙的 10^48 吨物质。

光在四维空间事实是走直线的楼主以为所有的星球都是固体星球？

大学物理论文2000字关于黑洞的问题答案

拜托，折射是光从一种介质斜射如另一种介质，在真空连介质都没有，何谈折射，动能与速度成正比，你说的那部分是随机出现的没有在当时该空间正常传播的光

简单一点来说，就是 “银心”。

图中＋－号代表不可分割的最小正负弦信息单位-弦比特（string bit）（名物理学家约翰惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit量子信息研究兴盛后，此概念升华为，万物源于量子比特）注：位元即比特

你可以去参考下（现代物理），找下自己的灵感和思路

大学物理论文2000字关于黑洞的问题与答案

1 质量有限，2 有体积，3 不会超光速，进入视界后时间会越来越慢，物体会被引力拉碎，但这时并没有真正接触到黑洞中的物质，只是进入了一个时空范围4 有体积，但是空间和时间都被极度扭曲了，进入扭曲的空间后你会发现它们的体积其实很大，但却只占视界范围很小一部分，在这里已知的物理定律全部失效，正物质，反物质与能量可能在激烈地转换，实粒子与虚粒子也在快速变换着，但是从外面看来它们几乎是静止的5 质点是物理抽象出来的概念，那里在空间上很小，但是体积很大，因为空间在那里被扭曲了，不是质点6 那里有时间，但是时间被扭曲得接近静止7 质点只是个概念，换个概念去理解……8 没有与周围的能量交换，黑洞会缓慢放出虚粒子和X射线，最后蒸发掉，也有说法黑洞在正宇宙吸进正物质，在反宇宙以白洞的形式喷出反物质。但是黑洞内部的物理定律不明，正物质，反物质与能量三者间失去平衡使这种事发生的原因不明，故只是推测。黑洞在三维空间里是个球形，在四维时空里是个圆柱（忽略一个空间维度），如果忽略两个维度，把四维空间看成一个面，质量巨大的物体就好比在一张床单上放了一个铁球，而黑洞就像在这张床单上放了一个质量比铁球大很多，体积比铁球小很多的物体，床单会变成尖塔状，如果床单被撑破了，黑洞就可以穿透宇宙。扭曲了也存在，但是空间上非常小，时间上几乎静止，这是在外面看来，如果在里面的话就不是这样。希望你尽量理解一下。黑洞的死就是蒸发，质量越小的蒸发越快，质量非常大的可能比宇宙的寿命还长。你对黑洞的兴趣还挺大。打了一个小时字，给点辛苦分。今天回了N个不给分的，郁闷。

你看下（现代物理）吧，，可以在那上面找到这类关于写黑洞的资料，你好好参考参考

根据量子力学的基本思想，物体被吸引进去（从消失的那一刻起）就无法被观测，于是讨论黑洞的质量和体积是无意义的，这相当于讨论光子是粒子还是波但是黑洞在另一个宇宙中的投影说不定是颗恒星

大学物理论文2000字关于黑洞的题目及答案

很多黑洞仅仅是打质量恒星演化的重点。这些恒星的质量在太阳的10倍以上。在他们的一生中，总有两种不同的力量在相互抗衡：自身的引力向内施压，而内部热核聚变反应所产生的能量则向外施压。当这两种力量不分伯仲的时候，恒星就处于较为稳定的状态。但恒星内部用于热核聚变的燃料终有一天要用尽，当这一天来临时，力量的悬殊就会显现出来。一旦引力占了上风，恒星就无可避免的向内坍缩，并且引力的作用会越来越剧烈。随着恒星的物质变得越来越致密，它的逃逸速度也就越来越大。当恒星致密到逃逸速度大于光速时，一个黑洞就形成了。此时，即便是宇宙间运动速度最快的物质——光——也无法逃离黑洞了。另外，宇宙中还有一些质量非常巨大的黑洞，他们位于星系和类星体的中心。比如我们银河系的中心就有一颗超大质量的黑洞，它的质量是太阳的400万倍。这些黑洞的形成过程还不完全清晰。但不论哪种黑洞，他们都不过是天体的一种极端的存在形式。

科学家首次发现黑洞存在直接证据〖美国<<华盛顿邮报>> 1月14日文章〗题：科学家首次发现黑洞存在的直接证据（记者凯蒂。索耶）天文学家们今天报告说，他们首次发现了“事界”存在的直接证据---虽然“事界”是物理学领域最怪诞的概念之一。视界实际上就是黑洞的边缘，任何物质都有可能落入它的非常明晰边界，物质或能量一旦落入这种有去无回的黑洞，就会永远从宇宙中消失。当然，迄今无人能对这个问题作出确切的解释，但是理论学家们推测，落入黑洞的物质和能量会在宇宙的其他地方重新出现，也许会在其他宇宙出现。马萨诸塞州坎布里奇哈佛--史密森天体物理学研究中心的拉姆什。纳拉扬领导的研究小组发现了温度超过1万亿华氏度的气体落入一个黑洞中，这是迄今在宇宙中发现的温度最高的气体。天文学家们说，他们的发现是对认为存在黑洞的理论相当有力的支持。黑洞是由密度极大的物质的坍塌构成，其引力巨大，任何物质甚至连光也都无法逃逸。科学家们曾经在很长时间里认为黑洞只不过是个奇特的数学问题。然而近年来，诸哈勃望远镜等新型观测仪器获得了一系列有说服力的证据，证明黑洞确实存在。就连以前对此持怀疑态度的一些人也说，如今大约有95％的专家们已经接受黑洞存在的理论。密歇根大学的道格拉斯。里奇斯通领导的一个国际专家小组今天发表的另一项报告说，新近发现的3个黑洞是目前仍在进行的对银河系附近的其他星系开展研究所取得的初步成果。他们说，此项研究成果是迄今获得的越来越多的证据中的又一重要内容。迄今获得的证据包括：黑洞在宇宙中大量存在，并在宇宙的演化过程中发挥着重要作用；黑洞以不同的面积、类别、时间和距离分布在从地球所在4的银河系到目前所知的最遥远的宇宙的范围内。这个小组发现的黑洞使目前的黑洞总数达到11个。他们利用哈勃望远镜和设在夏威夷的天文望远镜观测过往的星球和物质因受到黑洞的巨大引力的影响而突然加速的现象。他们发现的这3个黑洞的质量约相当于5000万至5亿颗太阳（另外一些黑洞的质量估计相当于数十亿颗太阳）。其中两个黑洞位于狮子星座，另外一个黑洞位于室女星座。这3外黑洞与地球的距离都在5000万光年以内。天文学家们说，他们对银河系附近的27个星系进行的研究取得的初步结果表明，几乎所有的星系都有可能存在着超级黑洞。里奇斯通领导的天文学家小组利用数颗X射线卫星收集到的数据对距离地球约1万光年、位于天鹅星座的V404Cyg双星系进行了研究。那里一个据认为是黑洞的密度极大的物体正把其伴星吸引过去。纳拉扬说，他和普林斯顿高级研究所的一位同行运用新近创立的一种模式对物质可能落入黑洞进行研究。根据这种模式，物质在被黑洞吸引过去的过程中，在温度逐渐增高的同时仍然保留着它的全部能量，即不是释放能量，而是变得越来越热。天文学家们说，利用这种模式可以对以前观测到的许多难以理解的现象作出解释。纳拉扬说，利用这种模式还可以对黑洞和其他物体加以区分。

看时间简史的第6章!

1975年，霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大，进入其边界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。而这种辐射并不包含黑洞内部物质的信息。这些信息应当在黑洞中保留下来。但是一旦黑洞消失，这些信息也就丧失了。　　这些信息的去向之谜就构成了所谓的“黑洞悖论”。而该假说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。　美国科学家质疑相对论　　宇宙中并不存在“黑洞”？　　据美国媒体报道，美国加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室物理学家乔治·卓别林(GeorgeChapline)表示，宇宙中并不存在着所谓的“黑洞”，并认为人们通常所指的黑洞神秘物质实际上是“黑能(dark-energy)星体”。　　长期以来，黑洞已经成为了科幻小说中的重要材料之一。不少人认为，天文学家可以通过间接方式来观察到黑洞的存在，而巨型恒星死亡后就会形成黑洞。但卓别林认为，恒星死亡只会形成“黑能”物质。过去数年中，天文学家对银河系的观察表明，宇宙的70%左右是一种奇怪的“黑能”所组成，正是它们在加速着宇宙的膨胀。卓别林说：“几乎可以肯定地说，宇宙中并不存在着黑洞。”　　黑洞是爱因斯坦广义相对论中最为著名的预言之一。广义相对论解释了受巨型恒星重力影响，会导致时空结构产生扭曲的现象。该理论认为，当某颗恒星死亡后，会受自己的重力影响而缩成一个点。但卓别林却认为，爱因斯坦本人也不相信黑洞的存在。　　1975年，量子力学专家们表示，黑洞边界确实发生了一些奇怪的事情：遵守量子法则的物质对轻微干扰变得极为敏感。卓别林说：“这个发现很快就被大家忘记了，因为它不符合广义相对论的预言。然而今天看来，它却是完全正确的发现。”他认为，这种奇怪的活动正是时空“量子阶段转变”的证据。卓别林认为，死亡后的恒星并不会简单地形成一个黑洞，而是在该时空内部，它却充斥着黑能，并具备重力影响。　　卓别林称，在某颗黑能星的“表面”，它看起来很像一个黑洞，并能制造强大的重力牵引。然而在它的内部，黑能的“负”重力又有可能将物质重新弹出来。如果某颗黑能星体积很大，任何反弹出来的电子转变成了正电子，然后会在高能辐射中消灭其他电子

大学物理论文2000字关于黑洞的问题

黑洞中隐匿着巨大的引力场，这种引力大到任何东西，甚至连光，都难逃黑洞的手掌心。黑洞不让任何其边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。据猜测，黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。因为黑洞是不可见的，所以有人一直置疑，黑洞是否真的存在。如果真的存在，它们到底在哪里？黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。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，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界，我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说，适用于行星、恒星，也适用于黑洞。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说，说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之，广义相对论说物质弯曲了空间，而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。

黑洞的引力大到它的逃逸速度超过了光速。所以光会被吸进去，不管从哪个角度来的光都不能再脱离。