高中物理教学论文 引力红移与黑洞的史瓦西半径.doc

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1、引力红移与黑洞的史瓦西半径—09江苏高考物理卷第3题信息材料解读09江苏高考物理卷第3题考察了黑洞的相关问题：英国《新科学家（NewScientist）》杂志评选出了2008年度世界8项科学之最，在XTEJ1650-500双星系统中发现的最小黑洞位列其中，若某黑洞的半径约45km，质量和半径的关系满足（其中为光速，为引力常量），该黑洞表面重力加速度的数量级为A．B．C．D．题中的表达式可变形为,叫黑洞的半径，又叫史瓦西半径，要了解史瓦西半径，我们得从引力红移原因说起。每种物质的谱线用固有时来衡量是确定的，从星球表面的物质发出固有周期的光，我

2、们从远处看，由广义相对论知道，它的周期变长了，频率变短了，二者服从，(R为星球半径，M为星球质量)这就是引力产生的红移效应，对于黑洞这样的星体，当即此处有个奇点，，使时间膨胀趋向无穷大，尺缩到零，光无限红移且凝滞不动，这个半径叫黑洞的引力半径或半径，也叫史瓦西半径。史瓦西半径处的奇异性意味着什么?设想有个宇航员承飞船从外部驶向黑洞的引力中心，当宇航员在史瓦西半径外，在远离引力中心的观察者看来，他所携带的钟走得愈来愈慢，在无限接近史瓦西半径时，宇航员的钟停顿下来，他的时间凝固了，永远也到不了史瓦西半径处。与此同时，远处的观察者还看到，飞船发回

3、的光红移也愈来愈大，甚至无穷而消失。然而宇航员自己的感受完全是另一回事，他看到飞船里的钟正常地走着，在预定的时间内穿过史瓦西半径的边界处，什么特别的感觉也没有。当他越过这个边界后就再也无法回家，也无法和家人通讯，因为在这里，逃逸速度超过了光速，任何物体都逃不出去。（包括电磁波）在史瓦西半径以内与外界断绝了一切物质与信息交流，任何物体，即使是最亮的星体，从宇宙的其它部分看来，也像是消失了一样。里面的物质将被引力挤压到一个奇点内，这里密度与时空曲率都是无穷大。只有一点，它的引力继续作用在史瓦西半径以外的物体上。1