浅谈黑洞的分类与形成机制

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1、浅谈黑洞的分类与形成机制学生：杨亚鹏指导老师：孙艳军2015届物理学3班学号：201172010345摘要：黑洞是现代物理学和天文学中研究的一个热点。爱因斯坦的广义相对论认为，物质的存在会造成时空的弯曲，人们所说的万有引力就是时空弯曲的表现。在大质量天体存在之处，时空弯曲的非常厉害，它的儿何性质会发生重要的变化。黑洞也是广义和对论预言的一种特姝的天体，其基本特征是有一个封闭的视界。任何东西，包括光在内，只要进入视界以内都会被吞噬掉。本文详细讨论了黑洞的概念、形成过程、种类和性质。关键词：暗星；逃逸；黑洞；引力塌缩；视界半径Abstract:Blackholeisahotspoti

2、nmodemphysicalandastronomicalresearch.Einsteinsgeneralrelativitybelievethatthepresenceofsubstancescancausebendingofspace-time,whichisthesocalledgravitation.Inthepresenceofmassivecelestialplace,thespace-timeisbentextremely,andimportantchangesinitsgeometricpropertieswilloccur.Ablackholeisaspeci

3、alkindofcelestialpredictionsofgeneralrelativity,withaclosedhorizonasitsbasiccharacteristics.Anythingjustgoingintothehorizon,includinglight,willbeswallowed.Thisthesisdiscussestheconcepts,theprocessoftheformation,thetypesandthecharacteristicsoftheBlackhole・Keywords:Thedarkstar;Escape;Blackhole;

4、GravitationCollapse;HorizonRadius1弓丨言32、黑洞概念的引入53、黑洞的形成机制53.1、超大质量型黑洞63.2、恒星型黑洞93.3、小型黑洞104、黑洞的分类114.1、史瓦西黑洞114.2、R-N黑洞124.3、克尔黑洞134.4、克尔•纽曼黑洞135、关于黑洞的一些简单性质145.1、黑洞的“无毛定理”145.2、黑洞的“面积不减定理”145.3、黑洞的霍金辐射155.4、黑洞寿命与质量的关系156、总结展望15参考文献17致谢181、引言拉普拉斯在1796年写道：“在宇宙中有很多的暗物质，大小与恒星一般，或者更像明星，质量、密度数量也像恒

5、星那般多，质量和密度也是及英之大”[11o我们都知道质量越人恒星的吸引力越人，米歇尔和拉普拉斯根据牛顿力学和粒子性预测了暗星的存在。从爱因斯坦的广义相对论来讲，万有引力不是真止的力，而是时空弯曲的表现，我们地球上也会有时空弯曲，可是引力微乎其微。奥本海默认为，当某个时空弯曲的非常厉害的时候，光线将不能从那个区域逃离出来，我们从远方的观测来看，由于光线的弯曲，这颗恒星就会隐藏起来，这就成为了我们看不到的暗星了。当然当这个恒星质量非常非常大的时候，那么它的引力也必然是特别的大，使进入它的光线都难以逃出，而且连自身辐射的射线也逃不出来，这样我们也是观测不到它的。如果我们从力有引力定律的

6、角度去考虑的话。由万有引力定律可以知道，把一个物体从星球表面抛射到宇宙空间，需耍有足够大的抛射速度。对于小质量的星体，这个速度不大。例如，对于火星的卫星火卫一，抛射速度只需5m/so对于刀亮，需要2.4km/so对于地球或者密度更大的星球，物体从它表面逃离所需的速度就越大，当星球的密度大到一定程度，以至于逃离速度大于光速时，光子就不能再从星球表面逃离。它们会被星球的力有引力拉冋去，远方的观测者也就不可能看见这颗星了。这样它也就成了我们所说的暗星了。从牛顿力学的能量理论我们可以很容易的算出这类暗星的形成条件。设光子质量为〃八光速为c,星球的质量和半径分别为M和宀按照牛顿理论，从星球

7、表面射出的光子的能量Q为12—me2势能为-GMm耳=当它的动能小于势能时1°,GMm才计5(3)2r这样光子就不可能逃离星球。从上式可以算出暗星形成的条件2GM虫——(4)c这就是说，当一个星球的质量和半径Z间满足上述关系时，这个星球发射的光将被万有引力拉回去，这颗星将成为一颗看不见的喑星。上式就是拉普拉斯等人给出的暗星条件。1915年爱因斯坦建立了广义相对论的引力场方程。几个月后，德国天文学家史瓦西找到了物质呈球对称分布的静态方程解。根据他的解，得出了与拉普拉斯相同的结论：在