超巨黑洞

导读：　超巨黑洞篇一《黑洞论文》 序号：1175 ...

超巨黑洞篇一
《黑洞论文》

序号：1175

对于黑洞的理解

姓名 刘俊峰

信息科学技术学院10-2中队计算机科学科2班 2220103430

摘要：本文介绍了有关黑洞的一些问题,包括黑洞的起源，黑洞主要特征，及围绕黑洞的一些舆论等；处于时间与空间之间的黑洞，使时间放慢脚步，使空间变得有弹性，同时吞进所有经过它的一切。1969年，美国物理学家约翰 阿提 惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。

关键词：黑洞 起源 舆论 霍金

一、 黑洞的起源与黑洞的形成 1、黑洞的含义； 黑洞，广义相对论所预言的一种特殊天体。它的基本特征是具有一个封闭的视界。视界就是黑洞的边界。外来的物质和辐射可以进入视界以内，而机界内的任何物质都不能跑到外面。

2、黑洞的起源；两质子星22亿年前相撞，今年5月射线才到达地球。天文学家们成功地观测到了两个密度极大的质子星相撞后，诞生一个密度相对小的黑洞，星体相撞的地点距离地球220万光年，所以实际上相撞事件发生在22亿年前，而撞击产生的伽马射线直到今年5月9日才到达地球。这些伽马射线的余晖是在9日夜里被美国航空航天局X射线观测卫星、“褐雨燕”(Swift)发现的，“褐雨燕”卫星于2004年11月进入太空，其主要任务是通过观察宇宙伽马射线爆发探究黑洞的起源。

3、黑洞的形成；黑洞是一种体积极小、质量极大的天体，在其强大引力的作用下，连光都无法逃逸。宇宙中已知的黑洞主要有超巨黑洞和小质量黑洞两类。

4、黑洞主要特征是：（1）这个区域有很强的磁场和引力，不断吞噬大量的星际物质，一些物质在它周围运行轨迹会发生变化形成圆形的气体尘埃环；（2）它有很大的能量，可以发出极强的各类射电辐射；（3）由于它极大的引力作用，光线在它附近也会发生弯曲变化。

二、围绕黑洞的舆论

1、在进入宇航时代的今天，世界各国已拥有各种先进的天文观测设备，如大口径配有极灵敏接受器的光学望远镜、大型射电天文望远镜、突破了地球大气层包围的哈勃空间望远镜等，天文观测已触及到距地球100亿光年以外的遥远天体，从河外星系到宇宙尘埃都可以一览无余，甚至像几万公里外一支小蜡烛那么微弱的光也能观测到，而唯独对“黑洞”却无能为力，确有些不合逻辑。如果它真是一种质量、密度很大，磁场、引力极强的“天体”，为什么至今看不到它的庐山真面目呢？

答：原因很简单，“黑洞”并不是一种实体星球，而是宇宙天体运动时产生的各种“磁场旋涡”现象，它的能量、射线辐射主要都是由磁场引力作用产生的，因为它的构

成物质密度非常稀薄，光波发射极其微弱，所以根本无法在远距离用光学仪器观察到它的形状，按其形态和性质说来它倒真是一个名副其实的“黑暗磁场旋涡洞”。

2、黑洞为什么能爆发呢？会不会给人类有没有影响呢？

答：按照大爆炸宇宙学，在宇宙早期可能形成一些小质量黑洞，一个质量为1015克的黑洞，其空间尺度只有10-13厘米左右（相当于原子核的大小）。小黑洞的温度很高，有很强的发射。有一种模型认为，高能天体物理研究所发现的一些高能爆发过程，也许就是由这些小黑洞的发射及其最终的爆发引起的。可能会破坏地球，给人类带来灭亡！

3、充满”了黑洞的宇宙

近日，来自英国牛津大学的阿里耶-马丁内兹-圣辛格教授在介绍其首次对宇宙间隐藏黑洞的发现时说，"从以往对宇宙X-射线的观察研究中，本希望能找到宇宙中大量隐藏类星体存在的证据，但结果确都不尽如人意，令人失望。"而近日根据美国宇航局NASA的斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)的最新观察结果，天文学家则成功穿透了遮蔽类星体黑洞的外围宇宙尘埃云层，捕捉到了其中一直暗藏不露的内部黑洞体。由于斯皮策太空望远镜能够有效收集能穿透宇宙尘埃层的红外光线，使得研究人员顺利地在一个非常狭窄的宇宙空间区域内，同时发现了数量多达21个早已存在却又"隐藏不露"的类星体黑洞群。

来自美国加州理工大学斯皮策科学中心的研究小组成员马克-雷斯在接受媒体访问时同时也表示，“如果我们抛开此次发现的21个宇宙类星体黑洞，放眼宇宙中的其它任何区域，我们完全可以大胆预测，必将有数量众多隐藏着的黑洞将会被陆续发现。这意味着，一如我们原先推测的那样，在不为人知的宇宙深处，一定有数量众多、质量超大的黑洞巨无霸，正借助着星际尘埃的隐蔽，在暗地里不断发展壮大着。”(Sabrina)

三、霍金的黑洞理论

人们知道，在经典引力论的框架里，黑洞只能吞噬物质，而不能吐出物质。黑洞的表面(视界)犹如地狱的入口，是一个有去无返的单向膜。霍金曾经证明视界的面积是非减的。1974年霍金发表了《黑洞在爆炸吗？》一文。这是20世纪引力物理在爱因斯坦之后的最伟大论文。在论文中，他把量子理论效应引进了黑洞研究，证明了从黑洞视界附近会蒸发出各种粒子，这种粒子的谱犹如来自黑体的辐射。随之黑洞质量降低，温度就会升高，最终导致黑洞的爆炸。在这被称为霍金辐射的场景中，量子理论、引力理论和统计物理得到了完美的统一。黑洞理论是科学史上非常罕见的例子，它首先在数学形式上被详尽的研究，后来才在天文学的许多观测上证实了它的普遍存在。现在，人们的共识是，每个星系的中心都是一颗极其巨大的黑洞。

霍金在80年代初，创立了量子宇宙学的无边界学说。他认为，时空是有限而无界的，宇宙不但是自洽的，而且是自足的，它不需要上帝在宇宙初始时的第一推动。宇宙的演化甚至创生都单独地由物理定律所决定。这样就把上帝从宇宙的事物中完全摒除出去。上帝便成了无所事事的“造物主”，它再也无力去创造奇迹。亚里士多德、奥古斯丁、牛顿等人曾在宇宙中为上帝杜撰的那个关于“第一推动”的神话，完全是虚幻的。量子宇宙学的主要预言之一是关于宇宙结构的起源。若干年前，宇宙背景辐射探测者对太空背景温度起伏的观察证实了这个预言。

爱因斯坦创立的广义相对论被科学界公认为最美丽的科学理论。但是霍金和彭罗斯一道证明了广义相对论是不完备的。他们指出，如果广义相对论是普遍有效的，而宇宙间的物质分布满足非常一般的条件，那么宇宙时空中一定存在一些奇点。在奇点处经典物理的定律失效。人们通常谈论的奇点是宇宙产生元初的大爆炸奇点和黑洞中的奇点。爱因斯坦早先否认过奇点的存在，他甚至还写过论文以论证黑洞(那时还没有这个生动的称呼)的不可能性。霍金和彭罗斯的奇性定理表明了对引力的量子化是不可避免的。

对于奇性定理、黑洞面积定理、黑洞霍金辐射和无边界宇宙理论，一个人生前拥有其中的任何一项成就，就足以名垂不朽。而霍金却拥有了这些理论的全部。

四、黑洞的内容设想 如果“黑洞”是一种物质构成密度非常大的“天体”，那么，在“黑洞”与物质密度相对极小的宇宙空间两者应该是有分界面的。

根据光的反射、折射原理，当光投在两种物质的分界面会有反射和折射现象的，这一点已经从宇宙中所有不发光天体都能够反光得到证实，无一例外，所以，从“黑洞”不能反射光线这一点说明“黑洞”虽然有很强的吸引力，但是它的物质构成密度非常稀薄，还不足以达到反射光线的程度（并不是光线由于被它吸引无法脱离而不能反射），当光线与它相遇时，只能是穿它而过了，没有明显的光反射和折射现象，因此也就无法通过光学观测直接看到它的形状，而只能用其它天文观测方式，通过“黑洞”急速旋转运动中产生的极强各类射电辐射来证实它的存在

五、分析总结

游览了“宇宙黑洞”相关知识，其实黑洞跟我们人类心系相关的。值得我们关注。未来的我们会对黑洞回进一步的研究了解。不但开阔视野，而且我们获得了一些宇宙知识。

参考文献：

[1]《天文学进展》2002年 第1期，王伟：《黑洞证认的新进展》

[2]《视野》2010年 第22期，蒙尔杜斯·根戈：《拜访史蒂芬·霍金》

[3]《厦门大学学报：自然科学版》2007年 第6期，周博颜 卢炬甫：《活动星系核中心黑洞的质量与进动》

[4]《中国科技产业》2008年 第10期，杜伦：《科学家发现黑洞“缺失的一环”》 [5]《天文学报》2010年 第3期，陈燕梅：《大质量黑洞及其寄主星系的共同演化》

Black hole

Abstract: This paper introduces some problems about black holes, including the origin of the black hole, the main characteristics of the black hole, and some of the public opinion around black holes; In the black hole between time and space, make the time to slow down, make the space becomes elastic,

and swallowed it all into after all. In 1969, the United States physicist John wheeler, carry the insatiable space named "black hole" Key word： black hole; origin public; opinion ; Hawking

签名：

超巨黑洞篇二
《黑洞图片》

超巨黑洞篇三
《霍金 黑洞》

超巨黑洞篇四
《黑洞 2》

超巨黑洞篇五
《霍金_黑洞》

超巨黑洞篇六
《银心超大质量黑洞及其多波段观测all》

银心超大质量黑洞及其多波段观测 李璠[SC06022007] 吴茂春[SC06022008] 于雨[SC06022010] 摘要

这篇文章综述了近年来对银河系中心大质量黑洞的研究状况，观测数据表明Sgr A*位于银河系动力学中心,是个亮温度极高,射电谱很平坦的致密天体,Sgr A*被公认为是银河系超大质量黑洞的最佳候选体。本文第一部分介绍了超大质量黑洞的概念和银心的基本结构，第二部分给出Sgr A*位置的观测和银心暗天体的各种模型，第三部分介绍了近年来国内外对Sgr A*的多波段观测及其数据处理结果，最后一部分简单介绍了关于Sgr A*吸积的理论模型。

关键词 Sgr A* 非热射电源 光变 flare 吸积 ADAF

Part I 超大质量黑洞（SMBH）

1超大质量黑洞

按照黑洞可能形成的机制,人们把黑洞主要分为三种。第一种黑洞是早期宇宙高密度介质中由于密度涨落而形成的小黑洞，这种微型黑洞的质量大约为1012kg。第二种是作为正常恒星演化到晚期，引力塌缩形成的，大约是几个到几十个太阳质量大小的黑洞。第三种是超重星，星团或星系核塌缩形成的巨型黑洞，其质量大约是104~109太阳质量量级. 对于只有几十个太阳质量大小的黑洞，人们根据恒星的演化理论知道它的形成机制。但是对于超大质量黑洞的形成机制人们并不清楚，同时发现在许多星系中心区域，非常小的范围之内却拥有巨大的能量，使人们想到只能用超大质量黑洞的吸积来解释比较合理。在六十年代，巨型黑洞首次被用来解释活动星系核的巨大能量。如今，哈勃太空望远镜升空观测表明黑洞存在于每个星系之中。黑洞的成长与寄主星系的形成之间有紧密的联系。目前，关于超巨黑洞的形成主要有两种理论。一种观点认为，它可能是随着星系的诞生一次性产生的。但也有天文学家推测，超巨黑洞是以质量更小的黑洞为基础形成的，后者就好比是一些“种子”，随着时间的推移小黑洞吸积它附近的物质而逐渐长大,慢慢形成了巨型黑洞。 黑洞通过其强大的引力俘获周围物质的过程称为吸积(accretion)，黑洞的强大引力会不断吸引和捕获其周围的物质，所吸积的物质可能是星际气体与尘埃，也可能是近邻恒星的表层物质，或是被黑洞的潮汐力完全撕裂的恒星之碎片,当这些物质在向黑洞坠落的途中会不断地释放出引力势能，产能效率约为10％~40％左右,比核聚变反应的产能效率要高很多倍。一般情况下，被吸积的物质具有一定的角动量，因而不大会沿径向直接下落到黑洞，最大可能是沿螺旋形轨道边旋转边下坠，在黑洞周围形成一个扁平的盘状物，这就是吸积盘。有的吸积盘中有快速运动的喷流从吸积盘喷出。观测到的许多活动星系核的吸积盘、喷流和辐射爆发都是对巨型黑洞假说的非常有力的支持。

由于进入黑洞的任何东西，包括光线，都无法逃离黑洞引力场，因此主要是通过黑洞与周围天体相互作用来发现它们。银河系中心的Sagittarius A*就被公认为是一个超大质量黑洞的候选者. 通过多波段的包括红外、射电和X射线观测显示Sgr A*是一个致密的非热射电源。

2·银心的基本结构

多年的观测表明，银心区主要包含6种基本成分：中央暗天体、年轻星团、分子气体尘埃环----CND、电离气体流柱、弥漫热气体以及超新星遗迹。在银心几百pc尺度内的基

本结构如下: 中央分子带CMZ（Central Molecular Zone）内部除低速成分外还有大量的超新星遗迹（SNR）、射电弧(Arc)、线状体（Threads）、非热丝状体（filaments，NTF）、大质量恒星形成的HII区和分子云复合体等，如Sgr B2、Sgr C、Sgr D。还有个与银心Sgr A复合体成协的云，称为50km·s-1云，它毗邻银河系中心。

图1

图1是90cm波段上VLA高分辨的银心结构图。图中可以清楚地看到银心区±200pc内的各种结构。文献给出了23个延伸源和78个小直径源（＜1′）前者均为SNR、NTF和HII区；后者一半是河外射电源，另一半可能是HII区。(引自Pedlar et al.[1989], LaRosa et al.[2000]和GCNews)

在银心附近更小尺度上（≈50pc×50pc），呈现出一个形态复杂的复合体Sgr A，从射电连续发射图上可以看到它的两个明亮的特征：Sgr A East和Sgr A West。Sgr A East可能是个超新星遗迹，与50km·s-1分子云成协。Sgr A West的尺度≈3pc，它为核周盘CND

所包围，盘内最有趣的特征是有一个直径为2″（≈0.08pc）的微腔体（Mini-Cavity）和3条微旋臂（Mini-Spiral），前者毗邻Sgr A*和红外源IRS16（亮蓝星团）。图2示意了银心区更小尺度上的结构，（a）图尺度为100pc，（b）图尺度为3pc。

PartII

1 SgrA*的位置的观测

SgrA*是位于复合体Sgr A中心的一个致密的非热射电源。与Sgr A West中最亮的红外源IRS16相距≈1″，被公认为银河系动力学中心。Balick和Brown（Balick B，Brown R L. ApJ，1974，194：265）于1974年的射电干涉观测中第一次发现银心处有一个射电致密源，1982年Brown将这个不可分解的射电源命名为Sgr A*，以区别更延展的Sgr A复合体。Sgr A*极其致密，亮度温度极高（≥108.8K），射电谱相当平坦，是个不寻常的天体，与中央极致密的暗质量天体肯定有关。

各种观测表明Sgr A*位于银河系的动力学中心。Menten等人利用出现在红外星最内包层上的SiO和H2O脉泽具有毫角秒精度射电位置的特点，将银心的红外像与射电观测坐标系联系起来，得出了Sgr A*在银心红外星团中的位置，其精度在0.03″以内。他们发现SgrA*与任何红外源位置都不重合。Ghez等人于1998年利用银心处的恒星自行，得出引力势中心与SgrA*在0.1″范围内相符。2000年Ghez等人获得了S0-1、S0-2、S0-4这3颗恒星的加速度，并计算了它们的轨道，得出轨道的动力学中心与Sgr A*符合在0.05″以内。2003年Ghez等人用10m keck望远镜主动光学系统进行K波段光谱观测，得到银心S0-2星（O8-B0主序星，≈15 M⊙，年龄107yr）的三维加速度，并解出了该星周期为15.78yr的开普勒轨道，该星视向速度510km·s-1，考虑到切向速度，总的空间速度达到

3 M（6660±730）km·s-1。他们还解出中心暗天体的质量为（4.1±0.6）×106（D/8kpc）⊙

（D为太阳的银心距）。在解轨道时Ghez等人没有假定中心天体的位置，最后解出的中心天体位置与Sgr A*的位置在±2mas误差范围内相符，表明银心中心天体位于天空平面上离S0-2仅11mas即大约100AU的距离上。Sgr A*不是个恒星状天体，VLBI观测已将它分解成一定的大小。因星际介质的散射加宽，Sgr A*的大小正比于观测波长λ2。Lo等人获得长轴近似东西，短轴直径θmin=0.76（λ/cm）2mas，长轴直径θmaj=1.42（λ/cm）2mas，轴比0.53与波长无关。对星际介质散射进行改正后，发现Sgr A*在7mm波长上的本征大小沿南北方向延伸。各种测量表明，Sgr A*在毫米波段上东西直径的上限约1AU，南北方向约3.6AU，要求亮度温度约1010K，东西直径的下限约为0.1AU，对应5×1011K。因此，Sgr A*属于典型的AGN射电核。（Menten K M，Reid M J，Eckart A et al. ApJ，1997，475：L111； Ghez A M，Duchene G，Matthews K et al. ApJ，2003，586：L127； Lo K Y，Shen Z Q，Zhao J H et al. ApJ，1998，508：L61）

Backer指出，根据他们在1981-1988年的VLA观测，取太阳速度为220kms-1，银心距8.0kpc，得到Sgr A*的银经和银纬自行分别为（-6.55±0.34）mas·yr-1及（-0.48±0.23）mas·yr-1。Backer和Sramek根据观测，得出自行分别为（-6.18±0.19）mas·yr-1及（-0.65±0.17）mas·yr-1。Reid等人根据VLBI的观测，得出自行分别为（-5.90±0.35）mas·yr-1及（+0.20±0.30）mas·yr-1。因此，Sgr A*的自行相当于一个静止在银河系中心的天体的长期视差，它符合银河系的自转速度220km·s-1，扣除银河系的自转，Sgr A*也确实处于银河系的中心。（Backer D C，Sramek R A. ApJ，1999，524：805； Reid M J，Readhead A C S，Vermeulen R C et al. ApJ，1999，524：816）

现有两种方法可以确定中央黑洞的准确位置。一是通过测量很靠近Sgr A*的3颗恒星的加速度来确定，这3颗恒星的加速度中心位于离Sgr A*0.05″的一个大小为0.03″×0.06″的区域内，它不与任何红外源重合。肖德勒领导的小组用了十年追踪银河系中心名为S2的天体绕Sgr A*运行的轨迹，成功地描绘出S2椭圆形轨迹的2／3。而S2绕轨道运行一周的时间约15年，S2的体积是太阳的7倍，其运行速度必定相当快，才能逃脱被中央黑洞吞噬的命运。

另一种方法是利用超大质量黑洞对背景星的引力透镜效应是确定黑洞位置,这种方法与黑洞质量、R0及恒星分布无关。黑洞位于背景星的两个引力透镜像的连线上，多颗背景星的引力透镜事件就可以确定黑洞的位置。

2·银心暗天体的各种模型

在银河系动力学中心Sgr A*处存在一个超质量的暗天体已是无可争辩的事实，其特征可总结如下：

（1） 致密的尺度（＜1AU）；

（2） 巨大的质量（2.6×106 M⊙）；

（3） 低光度（＜2.2×1030J·s-1），高质光比（＞400）；

（4） Sgr A*的微小自行；

（5） Sgr A*的非热辐射源的起源；

（6） Sgr A*附近恒星的高速运动；

（7） Sgr A*的短时X耀变和射电耀变。

支持Sgr A*为单个恒星尺度天体的最强证据是它的致密性。银心附近高分辨观测和X辐射的短时耀变都支持Sgr A*致密的结论，由于该暗天体同时具有巨大的质量，所以可以排斥恒星模型的假设。

银心暗天体的质量现已测量得十分精确。根据对Sgr A*附近高速恒星运动轨道的测量，能够直接解出中央黑洞的质量、太阳银心距R0和有关的相对论效应，只是由于观测误差，黑洞的许多性质还不能确定。Eckart和Genzel对距Sgr A*0.03~0.3pc的39颗恒星的自行进行分析，得出0.015pc内的质量至少为2.45×106 M⊙，中央暗天体的质量密度必须超过1012 M⊙·pc-3。Genzel等人分析了银心中央100多颗恒星自行的动力学行为，得出恒星的自行（天空投影的切向速度和视向速度）基本上是各向同性的，但是离Sgr A*1″~10″（＜0.4pc＝）的年轻早型星（GeI发射线星和IRS16的亮成员）的自行与各向同性有重大偏离。距Sgr A*最近（相距1″以内）的快速星则在很扁的轨道上运行，由此得到中央喑天体的质量在（2.6~3.3）×106 M⊙之间，致密的中央天体的质量密度为4×1012 M⊙·pc-3。Chakrabarty和Saha提出一种无参数法来估计黑洞的质量。他们利用约100颗恒星的自行得出0.0044pc内的质量为（2.0±0.7）×106 M⊙；根据约300颗恒星的三维速度得出0.046pc内的质量为（2.0-1.0）×106 M⊙；根据约30颗恒星的三维速度得出0.046pc内的质量为(1.8-0.3）×106 M⊙。Pessah和Melia根据Chandra卫星对Sgr A*弥漫X辐射的观测建立了一个模型：超大质量黑洞周围有一个由中子星构成的晕，这个暗晕星团的核半径为0.06pc，它吸积下落的气体产生弥漫的X辐射。据此，得出中央超大质量黑洞的质量上限为2.2×106 M⊙。Schodel等人对离黑洞最近的一颗恒星S2进行了为期10年的观测，共观测了约2、3圈轨道，解出它的转动周期为15.2yr，在近心距124AU内的质量为（3.7±1.5）×106 M⊙。总之，目前银心10pc内的质量分布可以用一个2.6×106 M⊙的点质量，加上一个半径为0.34pc、质量密度为3.9×106 M⊙·pc-3、密度分布指数为

1.8的可见星团很好地拟合。至于这个超大质量暗天体究竟是个什么样的天体，至今仍有争议。大致有下列几种模型：

（1） 单个特大质量黑洞；

（2） 不发光或低光度天体（如超新星遗迹、褐矮星、白矮星、中子星、恒星级黑洞

等）组成的星团；

（3） 基本粒子团（非重子物质组成，如重中微子球、玻色子球、费米子球）。 +0.4 +1.6

超巨黑洞篇七
《天文选修课2》

超巨黑洞篇八
《关于宇宙暗物质主要形态之黑洞_夸克星的新证据分析_张海鹏》

第29卷第2期2015年6月山西师范大学学报（自然科学版）JournalofShanxiNormalUniversityNaturalScienceEditionVol．29No．2June2015

4490（2015）02-0049-06文章编号：1009-

关于宇宙暗物质主要形态之黑洞-夸克星的新证据分析

123456张海鹏，张力，罗延安，范祖辉，张鹏杰，黄明球，

78，92101常丽君，孟庆义，张丹参，胡扬洋，李新兵

（1．河北涿鹿县医院放射医学与应用物理研究所，河北涿鹿075600；2．河北北方学院基础医学部，河北张家口075000；3．南开大学物理学院，天津300071；4．北京大学物理学院，北京100871；5．上海交通大学物理与天文系，上海200240；6．国防科技大学理学院，湖南长沙410073；7．科技日报社，北京100038；8．中国人民解放军总医院，北京100853；9．南开大学医学院，天津300071；10．首都师范大学物理系，北京100048）

摘要：通过分析新近证据，进一步探讨宇宙暗物质等问题，分析认为：（1）宇宙紫外辐射超出已知辐射

2013年初预言的约在可见光附近波段的宇宙背景辐射；彭罗斯等源4倍的发现，可能就是源于我国的、

2010年发现的CMB偏振环等新证据，较有力地支持原始夸克星碰撞、重组的宇宙演化及起源模型；黑洞

（暗星）-夸克星可能是宇宙暗物质的主要形态，应足以解释暗物质与可见物质的比例．以上均应深入研

客观上有力地支持了星系中心超大质量黑洞等的携1/3正负电子究；（2）76个黑洞的强大磁场的发现，

电荷的最基本的正、负夸克构型；（3）质能守恒定律的经典物理学意义所推论的最基本夸克的空心圈环

结构，为圈量子引力奠定了较坚实的粒子物理学基础；（4）结合高频引力波产生机理（激光约束核聚变

应对中微子与高频引力波（引力子）进行会师研究．等）及探测机理，

关键词：黑洞；暗星；夸克星；圈量子引力；引力波，高频；中微子；左旋；暗物质

中图分类号：O41；P159；P172.4文献标识码：A

DOI:10.16207/j.cnki.1009-4490.2015.02.014

暗物质问题的重要性，在于其占宇宙物质的80%以上，是万有引力源的主要部分．新近证据（观测等研究）进一步向来自中国的、不同于西方学院派的暗物质观点聚焦．概述如下：

1可能的“宇宙紫外背景辐射”之发现：有力地支持原始夸克星模型

“暗物质晕”针对宇宙早期星体形成的疑难（期待提供的条件），本文提出宇宙诞生之际（暴涨末期），

最基本的正负夸克（带相当于±1/3电子的电荷）在长程力电磁作用等作用下以类似于金刚石的正四面体

——约在空间点阵聚合（聚变而合）形成原始夸克星，并预言了其极高频的光子背景辐射（和中微子辐射）—

［1］可见光波段附近（在宇宙膨胀中波长被拉长）而与现代恒星的辐射很难区分．

2014年发表在《天体物理学杂志快报》的由美国多所高校组成的天文研究组对哈勃太空望远镜观测的宇宙初始光谱进行分析，通过与超级计算机模拟计算的结果比较发现：紫外光总量超出熟知的恒星源与

［2］类星体源紫外线的4倍之多．

“星系间的氢气是我们自以为最了解的宇宙成分［2］”，“模型与早期宇宙的数据吻合得非常漂亮［2］”，

——来自我们尚不知道的新因此计算模拟的模型是非常可靠的！该文最终的结论是：超出4倍的紫外光—

；“我们对目前宇宙的认知并不正确！［2］”光源

［在该文中，作者也讨论到可能来自“神秘的暗物质粒子”指弱相互作用大质量粒子（WIMP）］的衰02-17收稿日期：2015-

基金项目：国家自然科学基金项目（51899131）；河北省科教基金项目（20020221；19990518）．

作者简介：张海鹏（1970—），男，河北涿鹿人，河北涿鹿县医院放射医学与应用物理研究所主治医师，主要从事综合理论物

医学临床与基础方面的研究．理学、

．在超弦-“新物理”WIMP能衰变成包括伽马光子、——国超对称范畴的假说中，次级粒子（可见物质）—

［5～8］．暗物质约占宇宙物质80%以上，际上间接地探测暗物质思路的依据即在于此那么不妨假设一下，此变

为恒星源与类星体源的4倍之多的紫外光子．如果作为暗物质粒子的衰变之结果，那么，剩余的暗物质总量还有多少？而可见物质将多少倍地增加？！

2013年10月30日（文献关于WIMP，截止2013年世界上最先进的暗物质搜寻器LUX因实验无果，

［10］［1］之后）已宣布暂时排除WIMP作为暗物质候选者的可能．2014年我国上海交大等高校的精确度极

［11］高的实验进一步否定之，而已知的弱相互作用大质量中间玻色子都是寿命极短的粒子（恐怕很难形成

［1，12］……稳定的暗物质）［3］

暗物质问题的重要性，在于其是万有引力源的80%以上．据普朗克卫星的最后结果，暗物质占宇宙总

［13］；结合威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）质能的26．8%，可见物质占4．9%（其余的为暗能量）

2008年公布的宇宙早期数据［14］可知，在漫漫的宇宙演化路中，暗物质与可见的重子物质的比例始终保持

——本身就是引人深思的问题．这很有可能就是星系中心的超大质量在5～5．5∶1左右，这强烈提示什么—

［1］基于太阳在太阳系所黑洞（超大质量暗星）等暗星与星系其他物质（可见物质）之间的比例．2013年初，

——应足提出暗星（黑洞）的总质量—占高比例的初步推测和银河系中心存在超大质量暗星（黑洞）的事实，

［1］以解释暗物质在宇宙物质中的高比例（而此前尚未见文献论证过这一点）；现已从文献中发现，银河系

15］：包括中科院国家天文台和德国马普中心超大质量黑洞约为太阳质量的1000亿～1200亿倍（文献［

［16］天文所的结果）；而大星系的中心都存在超大质量黑洞，质量从上百万到数十亿倍太阳不等！我国张双

（“黑洞探针”计划旨在研究黑南教授亦认为超大质量黑洞（暗星）在宇宙天体的演化中司极其重要的作用

洞的物理学性质，超大质量黑洞在星系、宇宙大尺度结构的演化中的作用）

主体）暗物质形态．［7］，而这也并不排除其他的（非

［1］作为宇观级超巨黑洞，原始夸克星（应大致超出可见物质4倍多）直接辐射极高频的光子（而不是

间接的衰变）可以较好地解释前述4倍紫外光的未知之源．换言之，紫外光的大约五分之四，很可能就是

现不妨称之为“宇宙紫外背景辐射”范畴的光子［比宇宙微波背景辐射（CMB）更古老的笔者已预言的、

．光谱是波长和温度的函数［光］伽莫夫在当时的哈勃常数下按10亿K（宇宙约“3分钟”时的等离子体温）计算而得的5K的宇宙大爆炸余温；最后发现应为2．7K［18］，“宇宙紫外背景辐射”由此推测当时由

［1］原始夸克星发出（波长约为0．1飞米）时约在1千亿K～10万亿K，进一步研究（包括我国的“X射线紫度

“宇宙灯塔”外全天监视器”等计划

［17］度的研究亦很重要）．［7］［17］）必将扩展对极早期宇宙的认识（结合宇宙中微子背景辐射及其温

［20］氢的再电离之源问题，是宇宙演化甚至起源极其重要的问题．在宇宙大致138亿年的持续膨胀中，

20］原始夸克星发出的极其高频的光子的波长被拉长（公式见文献［第244页）而很可能是氢被再电离的

主要源．根据对WMAP探测的CMB大尺度的偏振信号的分析，已发现宇宙氢气的开始重新电离的时

——离现在并不远［20］（同样与今日之“宇宙紫外背景辐射”间—相符）！诚如此，则美国佐治亚理工学院等提出的小星系在再电离中起主要作用［21］未必成立……

原始大质量恒星可能仅仅是原始夸克星及超大质量黑洞（暗星-夸克星）范畴的巨大天体碰撞的碎块

［1，12］“气化”“现代恒星”．极早期宇宙中作为强子物质基态的而已；而碎片则成为氢元素之源，进而为之源

d，s轻夸克组成的大块夸克物质）模型［22］，奇异夸克物质（几乎等量的u，客观上也是支持笔者提出的宇宙

“重子蒸发过程（当重子数小于下限时）［22］”极早期演化模型的理论依据；其中的则类同于原始夸克星碰

“气化”（现代恒星的来源）．英国《自然》1］撞产生的碎片的杂志2013年4月18日（文献［之后）报道发现

的宇宙早期极端星爆形成了星系的恒星，进一步佐证之．

——总体上是逐渐降温的低熵化取向（因此从最基本夸克，宇宙的持续性膨胀—夸克、重子、分子、有机

［1］分子、生命直至我们人类：最近，Cassini宇宙飞船上的VIMS光谱仪探测到土卫六大气层中的多环芳香

），而大质量恒星则通过超新星爆发而形成恒星级黑洞（暗星-夸克星）、中子星等更像宇宙局部

［1］重新高熵化的有限的逆转（符合辩证运动理念）．在宇宙尺度上即是由大尺度向小尺度，然后再向中尺烃分子

度返还［1］［23］．上述模型与氦等轻元素丰度（可见物质部分）、CMB的2．7K余温等大爆炸宇宙学的主要证据

［1，12］．并不矛盾

［1］“暗物质晕”）理论极大成功［24］背景下的某种而假说，从思路上似为1960年代恒星（“现代恒星”

25］；注：在这个最近的暗物质国推延．在宇宙大尺度演化中，冷暗物质模型与观测远不相符（具体见文献［

内综述中，以往文献认为的黑洞等作为暗物质候选者数量远为不够的说法没有出现；仅提及星系中心黑洞作为暗物质不能解释星系暗物质晕）；我国夏俊卿教授已在普朗克卫星的CMB数据中发现了反常现象，

——提示标准宇宙学模型背后还隐藏着更深层特别是CMB温度涨落在大尺度上明显存在着功率谱缺失—

［13］次的物理．

：“我们对目前宇重述一下前述美国多所高校天文研究组在《天体物理学杂志快报》原文的最后结论

［2］宙的认知并不正确……”

2原始夸克星碰撞、重组的证据

2．1“144亿年”的最古老恒星最有可能与宇宙同时诞生

1］文献［已列出了早期恒星形成等不少难以解释的问题，而且已发现红移超过8的伽马暴（此意味着

［7］2014年天文学家新确定了年龄144亿年的宇宙诞生后的很短时间内的大质量恒星的诞生）．不仅如此，

古老恒星，竟然超出了普遍接受的宇宙年龄（137亿年～138．1亿年）．这在WMAP所标志、开辟的所谓

［1］［27］精确宇宙学时代（不可能精确到38万年；另有模拟计算结果为：水在1500万年形成），不能不令人［26］

28］尴尬．究其原因，可能是文献［中詹姆斯·弗兰森提出的光速受引力场影响（此与无引力场的真空光速

“中微子超光速”笔者在解释上万次的实验结果时曾提到优先考虑光速的测量问不变并不矛盾；2012年，

题），12］、［29］由此导致计算宇宙和恒星年龄时同时忽视光速所受的重力场影响（在文献［中第一作者

进而影响哈勃常数值．总之，可能性最大的，当是最古老对SN1987A光子落后于中微子的解释很勉强），［29］

（“144亿年”）的此恒星与宇宙（注：以前曾认为141亿年）———同时诞生．

——原始恒星；而各星系中心的超大质量诚如此，则有力地支持原始夸克星的碰撞、重组产生碎块儿—

夸克星）则是原始夸克星碰撞、重组黑洞（暗星-

2．2彭罗斯等的CMB偏振环分析［1］之结果的主体．

著名理论物理学彭罗斯（曾为霍金的合作者）及瓦赫·古扎德亚2010年研究美国WMAP获取的宇宙微波背景图像，发现了12个同心圆，一些由5个环构成，说明同样的物体曾在历史上发生5次大规模事

（注：星系碰撞在早期宇宙中更加频繁［16］）．这些环位于背景辐射较低的星系团周围．其据此得出宇宙在大爆炸前就已经存在的结论：同心圆是由上一次大爆炸前的一个前世发生的超大质量黑洞相撞产生件

系基于如此之认识：原始恒星在宇宙诞生约3亿年时诞的极强引力辐射波留下的印记（注：此分析过程，

［30］生，而CMB则在宇宙诞生38万年时形成）．

CMB的同心圆之发现，事实上，不难看出，客观上，正是宇宙诞生时原始夸克星碰撞、重组的有力证据

……［30］

3黑洞的强磁场———有力地支持星系中心的超大质量黑洞（暗星）的最基本夸克的构型

《自然》英国杂志（2014）发表的美国伯克利国家实验室和德国普朗克射电天文学研究所研究人员对

“黑洞”（暗星）———包括星系中心超大质量黑洞的探测研究结果：首次发现了黑洞的磁场；已观测的76个

——的磁场和其万有引力场一样强银河系中心的超大质量黑洞—

［1］荷的正、负最基本夸克构成的有力证据．［31］．此当是暗星（黑洞）由带e/3最基本电

1］在文献［中，笔者已结合脉冲星（以中子成分为主体）的夸克星核结构解释了脉冲星的磁场（此后，

［32］我国徐仁新课题组认为存在2M以上的夸克星，后者已不同于中子星-脉冲星范畴的夸克星；2014年发

［33］现的超亮X射线脉冲星很值得进一步研究）．需指出的是，最基本正负夸克构型（类似金刚石之正四面

12］“空间点阵”）［1，，体的不仅不限于脉冲星-奇异（夸克）星-中子星范畴的奇异夸克星、不限于恒星级黑洞

（暗星-——宇宙暗物质主体———夸克星），而且更聚焦于星系中心的超大质量黑洞（暗星）与原始夸克星—

［1］34］的微观结构的诠释（涉及50倍太阳质量以上的黑洞-夸克星）．此前的夸克星，文献［的夸克星，其最

大质量仅限于太阳的17．9倍，只能形成较小的恒星级黑洞；奇异夸克物质的质量上限，尚无法解释恒星级黑洞特别是超大质量黑洞，因此须比奇异夸克更基本的、带最基本电荷的正、负单夸克构型．

［35］自转速度极快，当是黑洞强大磁场的必要条件．Ｒees于1977年提出快速自转的大黑洞模型；张双

［36］南教授等则在国际上第一个测量了黑洞的自转速度．

［37］原始夸克星、超大质量黑洞的磁场，还可能对文献提出的宇宙早期的黑暗时期的“种子磁场”的维

持具有甚重要的作用．

［7］对伽马暴的过程与机理仍无基本的理解；基于其令人震惊的能源、夸克星高达10%的质量损

［37］失，笔者结合我国古代自然哲学（道家）的阴阳学说与现代物理学的对称理论，提出上述带最基本电荷

——包括原始夸克星与前述“宇宙紫外背景辐射”；根据爱因斯坦质能守的正、负夸克结构的暗星（黑洞）—

恒公式的经典物理学意义（动能），进一步推测最基本的夸克呈空心的圈环（只有如此，方可避免其自旋的

［1］［1，12］［39］，线速度超光速）此不仅进一步支持粒子是真空量子场的激发态（“圈”内、外场的激发）、真空量

，——2005年而且为圈量子引力（LoopQuantumGravity）提供了较坚实的粒子物理学基础—

［41］马科普洛提出粒子是量子几何的激发态（注：上世纪量子力学的发展也是以爱因斯坦的公式首开量子子场的起伏

［42］论之光学应用之先河的！）．2014年夏俊卿教授等中国、加拿大科学家研究的宇宙反弹起源模型（此与

［43］蔡庆宇教授等我国科学家的研究客观上均进一步佐证笔者2012年提出的宇宙所起源的重力真空［40］

星

据［1，12，29］［42］的非奇点性），也是基于圈量子引力理论的（并提供了暴涨前宇宙的第一个直接证据）．［44］圈量子引力预言引力子呈左旋性．笔者已列出引力子与左旋中微子同一性的多个方面的依［12，29］．莫斯科大学Ｒudenkor提出激光约束核聚变可以产生高频的引力波［45］．结合高频引力波产生及探

应对中微子测机理（早在2003年我国李芳昱教授就提出针对宇宙原始引力波探测的高斯束谐振方案），

与高频引力波（引力子）进行会师性研究（在物理学研究中，理论物理应该先行）．

4结语

（1）宇宙紫外辐射超出已知辐射源4倍的发现，可能就是笔者2013年初预言的约在可见光附近波段的宇宙背景辐射；彭罗斯等2010年发现的CMB偏振环等新证据，较有力地支持原始夸克星碰撞、重组的宇宙演化及起源模型；黑洞（暗星）-夸克星可能是宇宙暗物质的主要形态，应足以解释暗物质与可见物质的比例．以上均应深入研究；（2）76个黑洞的强大磁场的发现，客观上有力地支持星系中心超大质量黑洞等的携1/3正负电子电荷的最基本的正、负夸克构型；（3）质能守恒定律的经典物理学意义所推论的最基

为圈量子引力奠定了较坚实的粒子物理学基础；（4）结合高频引力波产生机理本夸克的空心圈环结构，

（激光约束核聚变等）及探测机理，应对中微子与高频引力波（引力子）进行会师研究．

承蒙国家科技教育领导小组暨李克强总理、中央军委暨许其亮将军、张又侠将军与中央统战部孙春兰首长亲切关怀，各相关地区/部门鼎力支持．承蒙杨澜阳光文化基金会鼎力支持，北京青年政治学院韩经纬、清华大学硕士杨岩参与讨论并提出部分见解．承蒙中国科学院院士、中国科技大学张家铝教授与中国工程院院士、南开大学黄志强教授、卢世璧教授和北京师范大学赵峥教授、张同杰教授、中科院上海天文台赵君亮教授悉心指导与支持，谨致谢忱．

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TheNovelProofsontheBlackHole-QuarkStar

oftheMainFormforDarkMattersintheUniverse

ZHANGHai-peng1，ZHANGLi2，LUOYan-an3，FANZu-hui4，ZHANGPeng-jie5，

9HUANGMing-qiu6，CHANGLi-jun7，MENGQing-yi8，，

ZHANGDan-shen2，HUYang-yang10，LIXin-bing1

（1．InstituteofＲadiationMedicineandAppliedPhysics，ZhuoluCountyHospitalintheProvinceofHebei，Zhangjiakou075600，Hebei，China；2．DepartmentofBasicMedicine，HebeiNorthUniversity，Zhangjiakou075000，Hebei，China；3．CollegeofPhysics，NankaiUniversity，Tianjin300071，China；4．CollegeofPhysics，PekingUniversity，Beijing100871，China；5．DepartmentofPhysicsandAstronomy，ShanghaiJiaotongUniversi-

超巨黑洞篇九
《天体物理选修课论文》

浅谈天文学

宇宙中有第二个地球吗？宇宙是如何形成的？为什么地球能产生生命？太阳的运动对地球有什么影响？玛雅人为什么会消失？天文学中的十万个为什么总能勾起人们的求知欲望！

天文学是自然科学中的一门基础学科，它和人类历史同样悠久。天文学的研究内容和许多概念总是伴随着人类社会的文明和进步而不断发展的。

在望远镜发明以前，天文观测采用的是目视方法，直接观测天体在天空的视位置和视运动，另外也粗略的估计星星的亮度和颜色。17世纪以后相继有了望远镜、分光镜和光度计，不仅提高了天体位置观测的准确度，而且扩大了人们对宇宙的认识。到了20世纪，由于大口径望远镜的问世，使得人类探测宇宙的深度和广度与日俱增，不少模型、学说由观测得到证实，新天体、新发现大量涌现。20世纪30年代以后，人们越来越广泛的使用无线电方法研究天体和宇宙间的辐射，从而诞生了射电天文学。20世纪50年代人造地球卫星发射成功，人类把观测范围由地面扩展到地外空间，天文学家可以自由地探测天体的各种辐射。现代，天文空间探测已经有了长足的发展，人类不仅把望远镜送上天，而且借助太空飞行器踏上月球，或把仪器送到其他行星上进行直接观测或实验。

我一直都觉得天文学是一门很神秘的学科，尤其在观看课堂的视频后，真是不得不感叹天文学的魅力，以及现在科学的强大。

对于天文学，我最感兴趣的是以下几个方面：

一、宇宙大爆炸

宇宙大爆炸(Big Bang)是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。 大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。

比利时牧师、物理学家乔治·勒梅特首先提出了关于宇宙起源的大爆炸理论，但他本人将其称作“原生原子的假说”。 这一模型的框架基于了爱因斯坦的广义相对论，并在场方程的求解上作出了一定的简化。描述这一模型的场方程由苏联物理学家亚历山大·弗里德曼于1922年将广义相对论应用在流体上给出。1929年，美国物理学家埃德温·哈勃通过观测发现从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移，这一膨胀宇宙的观点也在1927年被勒梅特在理论上通过求解弗里德曼方程而提出，这个解后来被称作弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。哈勃的观测表明，所有遥远的星系和星团在视线速度上都在远离我们这一观

察点，并且距离越远退行视速度越大。如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增大，则说明它们在过去的距离曾经很近。从这一观点物理学家进一步推测：在过去宇宙曾经处于一个极高密度且极高温度的状态，在类似条件下大型粒子加速器上所进行的实验结果则有力地支持了这一理论。

2003 年 2 月 12 日，美国宇航局公布了探测器拍到的宇宙“婴儿期照片”，为宇宙大爆炸理 论提供了新的依据。根据这张照片科学家还精确地测量出了宇宙的实际年龄是 137 亿年。图 片中的微波光线来自宇宙大爆炸后的38万年，大约是在130多亿年前。美国宇航局的科学家说， 这张照片中可以观测到的辐射是一种电磁波，它充满了整个宇宙。电磁波里包含的微观模型信息，显示了形成星系以及我们周围一切结构的萌芽的特征。这次公开的宇宙“婴儿期照片”清晰地显示了这个遗迹的存在，有力地支持了宇宙大爆炸理论。另外， 图片还显示宇宙中最早的恒星诞生于宇宙大爆炸发生的2亿年后，比许多科学家认为的要早 得多。宇宙起初是由不断相互影响的粒子和射线所构成的一团炽热且无定形的云状物组成的：大爆炸后又过了40万年，宇宙膨胀和冷却到一定程度时，电子和质子结合成中性原子，它们再 与周围的射线相互影响。

经过科学研究，目前被绝大多数人接受的结论是：宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，在这片四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。但，若真是四大皆空的状态，那么宇宙为何会爆炸？爆炸后的物质又是从哪里来的？不是说自然界的一切物质都是守恒的，那么这个宇宙大爆炸是如何无中生有的呢？

二、黑洞

黑洞（black hole）是由一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离的边界即视界所规定的时空区域。

根据第七节课影片的介绍，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。物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度，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。2010年11月16日凌晨1点30分，美国宇航局宣称，科学家通过美国宇航局钱德拉X射线望远镜在距地球5000万光年

处发现了仅诞生30年的黑洞。这是有史以来所发现的最年轻的黑洞。

据科学家揣测，银河系的中心是一个超巨型黑洞。超巨黑洞位于星系中心，据推测每个星系都有，质量一般约为星系总质量的0.5%。目前，关于超巨黑洞的形成主要有两种理论。一种观点认为，它可能是随着星系的诞生一次性产生的。但也有推测说，超巨黑洞是以质量更小的黑洞为基础形成的，后者就好比是一些“种子”，随着时间的推移进化成了巨型黑洞。

因为所有的能量都是守恒的，科学家们提出设想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存“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。这会是我们这个宇宙形成的原因吗？我们是否就生活在被白洞所抛出的物质至上呢?

三、太阳活动与农业生产

太阳活动主要是指周期为11年左右的太阳黑系活动和太阳爆发活动，它们将对地球上的水文、气候、地震活动以及无线电通讯、卫星运行和人类健康有极大的影响。对太阳黑子的活动，我国早在2000多年前 ( 公元前4 3 年汉光帝永光元年) 《 汉书》中就有 “日中黑子，大如弹丸”的记载。1 8 4 4 年德国天文学家许瓦培首先提出太阳黑子活动具有周期性变化，其平均长度约为111年。后经国际规定，从资料比较可靠的1755年那次黑子数量最低年起作为第一个周期。从1755年到1976年，即第一周到2 1 周始，从1 9 8 6 年起太阳黑子活动使进入第22周，1990年太阳活动进人高峰期，黑子活动和太阳耀斑活动频繁。在太阳黑子活动的每个周期中，太阳黑子数通常从极小直径经 3～4年后达到黑子数的极大值，到极大值后黑子数下降较慢，大约要经7～8年后才降到黑子数的极小值，然后开始下一周期。峰年间隔最长1 7.1 年 ( 第4周)，最短7.3 年 ( 第 7周)，平均周期为11.1年。黑子极大年又称“太阳活动峰年”。

太阳活动周期的气候变化。 太阳辐射是地球上能量的主要源泉，也是支配地球气候的外因中重要的因素之一。反映在太阳黑子数的变化是，当太阳黑子数增多时，太阳活动增强，结果使地球气温升高； 当太阳黑子数出现特多时，有时太阳辐射反而减弱，使地球气温下降。气象学家从长期的气候变化规律中观测到，太阳黑子活动周期的单数周与双数周气候变化存在着明显的差异。在太阳黑子活动周期数的单数周， 气候一般都是由冷转暖；在双数周气候一般都是由暖变冷。 研究指出，在太阳发生耀斑大爆发后的一个月内，一些地方的

地面温度有明显的升高。黑子峰年和谷年或峰年、谷年附近， 会出现大范围气温偏低，春寒，夏韶之气候。我国著名气象学家竺可桢等人曾利用大量的历史资料，发现太阳活动频繁，我国往往是南涝北早， 1 9 8 0 年，1 9 9 1 年正是太阳活动峰年，长江中、下游出现了严重的洪涝灾，庄稼被淹，而北方却千旱，伏雨奇映。

太阳活动峰年与气候异常。根据统计分析资料表明，天气和气候异常与太阳黑子活动似乎有一定相关性。太阳活动峰年，大气径向 ( 南北向)环流加强、发展，有利于南北冷暖空气交换，造成温带气旋活动次数增多，高空多大槽大脊活动，多暴风雪、大到暴雨、雷阵雨、冰雹等强对流性天气。同时。当冷空气频繁南下时，天气寒冷，暖空气北上时，回暖快，升温多。在冬春季节常有寒潮、降温，冷雨湿雪，春寒夏凉的天气。太阳活动与农业生产的关系极为密切，这种相关的科学依据，目前科技界还只能作一些粗浅的研究和分析。我们只有掌握和利用太阳活动规律，合理安排生产，方可夺取农业丰收。

四、玛雅预言

关于玛雅人预言的2012世界末日是我最感兴趣的一个部分。地球上有多处迹象表明玛雅人曾经生活在这个地球上过，可是他们为什么消失了？在过去的时间里，也曾有许多关于世界末日的说法，但当所被预言的那一刻真正到来时，所有的预言就不攻自破了。那么玛雅预言也是这样吗？随着2012的渐渐来临，关于玛雅预言的有关事迹、传闻、猜测越来越多。玛雅预言受到了前所未有的关注！

根据玛雅历法的预言传说，我们所生存的世界，共有五次毁灭和重生周期——每一周期即所谓的“太阳纪”。按照这一传说，现在我们正处在第四个“太阳纪”，而2012年左右将是“第5太阳纪”的开始；并且，当时的玛雅人认为，在每一纪结束时，都会在我们生存的家园上演一出惊心动魄的毁灭悲剧。

玛雅预言为何会受到如此多的关注呢？

玛雅人认为一个月等于20天，一年等于18个月，再加上每年之中有5未列在内的忌日：一年实际的天数为365天，这正好与现代人对地球自转时程的认识相吻合。玛雅民族在天文学方面的成就是十分突出的。

玛雅古国有五大预言：

1：玛雅文明的终结。也就是他自己的末日，自己预测到了。却改变不了。

2：汽车，飞机，火箭的出现时期。

3：大魔头（希特勒）的出生和死亡的大致时期。

4：毁灭性战争的爆发时期（一二战）。

5：2012年12月21日太阳落下以后。将不会出现。

这五大预言中的前四个都已准确的实现，如今就差世界末日这一预言。它会像前四个预言一样准确的实现吗？

科学家对玛雅预言并不信以为然，他们首先利用玛雅历法来揭穿所谓的“世界末日”预言。玛雅历法并没有结束于2012年，因此玛雅人自己也没有把这一年当作是世界的末日。不过，2012年12月21日（冬至）肯定是玛雅人的一个重要日子。美国科尔盖特大学考古天文学家安东尼-阿维尼是一名玛雅文化研究专家。阿维尼表示，“在玛雅历法中，1872000天算是一个轮回，即5125.37年。”

玛雅人对于时间的计算比其他许多文化都要精细。阿维尼介绍说，玛雅人曾经发明了所谓的“长历法”，这种历法把最初的计算时间一直追溯到玛雅文化的起源时间，即公元前3114年8月11日。根据“长历法”，到2012年冬至时，就意味着当前时代的时间结束，即完成了5125.37年的一个轮回。长历法于是重新开始从“零天”计算，又开始一个新的轮回。阿维尼认为，“这仅仅是一个重新计时的思想，与我们每年元旦或周一早上重新开始一年或一周生活完全一样。”

也有一种这样的说法，地球环境正在遭受前所未有的破坏，2012世界末日说纯粹是为了提醒人类保护地球的重要性。最近世界总是不太平静，地震、暴雨不停侵袭着人类的家园，造成人类巨大的损失。无论2012是否真的存在，我们都应该珍惜每一天的美好生活！

五、外星文明

茫茫宇宙中，地球上的人类建立的文明是微不足道的。因为地球文明是如此短暂，人类开始创造文明才不过几万年，发展科学技术不过几百年，探索航天技术不过几十年，这和地球年龄的46亿年、银河系年龄100亿至150亿年相比，何异于沧海一粟。因此，我始终坚信外星人是真实存在的，他们就在我们的周围，在某一个星球上，只是我们的科学技术还不够发达，我们无法发现对方。

早在19世纪，人们就在想办法和外星文明联系上。在20世纪的四分之一的时间中，我们已在不停地用电波轰击太空，现在电波在所有方向上已经传播了70光年，覆盖了数千个恒星系统。我们可以设想，某个星球上的智慧生命，现在已经打开收音机，正在收听地球上的一些流行歌曲。

目前科学家一直不懈的努力着、假设着外星人的一切，外星人居住的环境或许与地球相似，但由于大气比例不同，他们生活的星球或许比地球高温，或许比地球潮湿，或许比地球压强大。或许那个存在生物的星球的环境真的会像视频中那样，有飞鲸、跟踪鸟、气球草。

超巨黑洞篇十
《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

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