3000篇关于天体运动的物理学论文

摘要:黑洞是一种引力很强的天体。它有着巨大的引力场，连光都无法逃逸，所以人们无法直接观察到它的内部运动。一旦天体半径收缩到一定程度(史瓦西半径)，巨大的引力使得连光都射不出去，从而切断了恒星与外界的一切联系——一个“黑洞”诞生了。为了研究黑洞，天文学家将注意力集中在黑洞周围被称为“极盘”的旋转物质云上。物质流的重力可以将物质加热到非常高的温度，产生的X射线辐射会使外围物质电离并发光。天文学家通过观测这些光电线，结合一定的理论模型，间接研究黑洞。因此，谱线的识别和理论模型的正确性对于理解黑洞是极其关键的。

关键词:黑洞；相对性；斯蒂芬·霍金；引力；

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“黑洞”很容易被想象成“大黑洞”，其实不然。所谓“黑洞”就是这样一个天体:它的引力场强大到连光都逃不掉。当恒星的史瓦西半径足够小时，即使是垂直面发出的光也无法逃逸。然后恒星变成了黑洞。说它“黑”，就是说它像宇宙中的无底洞。任何物质一旦掉进去，似乎都逃不掉。因为黑洞里的光无法逃逸，我们无法直接观测黑洞。但它的存在可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观察或推断。黑洞是不可避免的情况。

根据广义相对论，引力场会弯曲时空。当一颗恒星很大时，它的引力场

对时间和空间影响不大，恒星表面某一点发出的光可以直线向任意方向发射。恒星的半径越小，对周围时空的弯曲作用越大，在某些角度发出的光会沿着弯曲的空间返回到恒星表面。

那么，黑洞是如何形成的呢？事实上，和白矮星、中子星一样，黑洞很可能是由恒星演化而来的。

当恒星老化时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢)，中心产生的能量也快用完了。这样，它就不再有足够的强度来承受外壳的巨大重量。因此，在外壳的沉重压力下，核心开始坍塌，直到最后形成一个小而致密的恒星，它能够再次平衡压力。

质量较小的恒星主要演化成白矮星，质量较大的恒星可能形成中子星。根据科学家的计算，中子星的总质量不可能大于太阳质量的三倍。如果超过这个值，就没有与自身引力抗衡的力，就会导致另一次大坍缩。

根据科学家的猜想，物质会不可阻挡地向中心点行进，直到变成一个体积为零、密度无穷大的“点”。而一旦它的半径收缩到一定程度(史瓦西半径)，就像我们上面提到的，巨大的引力使得连光都射不出去，从而切断了恒星与外界的一切联系——一个“黑洞”诞生了。

与其他天体相比，黑洞太特殊了。比如，人们无法直接观测到黑洞，甚至科学家也只能对其内部结构做出各种猜想。那么，黑洞是如何隐藏自己的呢？答案是——弯曲空间。众所周知，光是直线传播的。这是一个基本常识。但是根据广义相对论，空间在引力场的作用下会发生弯曲。此时，虽然光仍然沿着任意两点间最短的距离传播，但不是直线，而是曲线。形象地说，似乎光本来应该是直线前进的，但是强大的引力把它拉离了原来的方向。

在地球上，因为引力场很小，所以这种弯曲很小。在黑洞周围，这种空间变形非常大。这样，即使恒星发出的光被黑洞遮挡，虽然一部分会落入黑洞消失，但另一部分光会在弯曲的空间中绕过黑洞到达地球。所以我们很容易观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样。

更有趣的是，一些恒星不仅直接向地球发送光能，还会向其他方向发送光线，这些光线可能会被附近黑洞的强大引力折射而到达地球。

根据科学家的计算，一个速度为每秒7.9公里的物体是无法接地的。

球的引力拉回地面，在空中绕着地球转。这个速度被称为第一宇宙速度。要想彻底摆脱地球引力的束缚，去其他星球，至少要有11.2 km/s的速度，这个速度被称为第二宇宙速度。也可以叫逃逸速度。这个结果是根据地球的质量和半径计算出来的。也就是说，一个物体要想脱离地面，至少要有这么大的速度。但对于其他天体来说，逃离其表面所需的速度不一定那么大。一个天体的质量越大，半径越小，就越难摆脱它的引力，脱离它所需要的速度也就越大。根据这个道理，我们可以这样想:可能存在一个质量很大，半径很小的天体，使得它逃逸的速度达到了光速。换句话说，这个天体的引力是如此之强，以至于连每秒30万公里的光都被它的引力托住，跑不出去。既然这个天体的光跑不出去，我们当然看不到，所以它是黑色的。光是宇宙中速度最快的，没有任何物质的运动速度能超过光速。既然光逃不出这个天体，当然其他物质也逃不出。只要一切都被吸进去了，就再也出不来了，就像掉进了一个无底洞，这就是天体，人们称之为黑洞。

黑洞是一种质量相当大的天体，是现代物理理论和天文理论所预言的。历史上，法国物理学家拉普拉斯曾预言:“一颗质量为250个太阳、直径为地球的发光恒星，由于其引力，不会允许任何光线离开它。因为这个原因，宇宙中最大的发光物体不会被我们看到。”

爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞解。黑洞的动力学为了理解黑洞的动力学以及它们如何将一切都保持在边界内，我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创立的引力理论，适用于行星、恒星和“黑洞”。爱因斯坦在1916提出的这个理论，说明了空间和时间是如何被大质量物体的存在所扭曲的。简而言之，广义相对论说物质会弯曲空间，空间的弯曲反过来会影响穿过空间的物体的运动。爱因斯坦的理论认为质量会弯曲时间和空间。一个质量比太阳大得多的天体比一个质量等于或小于太阳的天体更能弯曲空间。当天体穿过时空的平坦区域时，它们会继续直线运动，而那些穿过弯曲区域的天体会沿着弯曲的轨迹运动。现在我们来看看黑洞对周围时空的影响。正如我们所说，没有任何东西能进入黑洞并从中逃脱。