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高一50级18班 王冰悦 对宇宙大爆炸和黑洞的认识

发布时间:2014/3/4 9:57:44  发布人:  浏览次数:

对宇宙大爆炸和黑洞的认识 五十级十八班 王冰悦

 

成员署名:王冰悦

小组组长:王冰悦

学校班级:5018

研究思路:我国古代传说盘古开天辟地,有着神秘低文化色彩,但是宇宙生如何形成的?现已有很多的说法,其中宇宙大爆炸学说最受欢迎,并有事实依据,宇宙大爆炸是如何产生的?经历里什么样的过程?出现什么样的问题?宇宙中黑洞是怎样形成的?经历里哪些过程?

内容摘要:宇宙大爆炸论。宇宙的模型。宇宙的历史。大爆炸理论的两个证据。宇宙中轻元素的比例及宇宙的未来。      黑洞的定义:黑洞具有很强的吸引力。由于黑洞的吸引力作用于其他天体,有其他天体运动推测出黑洞。霍金对黑洞的认识······

关键词:宇宙大爆炸   宇宙大爆炸的证据  黑洞   黑洞的演变   霍金理论

导言:本文进一步对宇宙和黑洞有进一步认识,由【时间简史】等书总结为本文的大致内容。

正文:

一、探索宇宙大爆炸

  1、宇宙的模型:基于“宇宙是膨胀”的这个由观测事实得到的论点,人们建立了宇宙的三种不同模型。第一种是稳定态模型,认为宇宙一直在以不变的速率膨胀,新的物质不断产生,某一空间总是有同量的物质。第二种是大爆炸模型,认为宇宙起源于一次大爆炸。以后各星系无限膨胀,宇宙的全部元素供应都是在爆炸的头半个小时内产生齐备,再不会有新的物质产生。第三种是脉动模型,认为宇宙的所有物质都从一团原先压紧的物质飞离,速度逐渐缓慢下来,最终停止不动,而后开始在各部引力互拉影响下发生收编,物质凝聚到最后再度发生爆炸。在这些过程中,物质即没有产生,也没有毁灭,只是重新编排,互换位置。由于人们为三种模型的激辩,到50年代后期大爆炸模型渐趋上势,到1956年,更有观测证据有力的支持大爆炸模型,从此,大爆炸模型被广泛地接受

2、宇宙的诞生与未来:大爆炸模型认为现在观测到的宇宙开始与最初的一次大爆炸,大爆炸使物质四散飞出,宇宙空间不断膨胀,温度随之下降,化学元素开始形成。宇宙间的物质包括质子、光子、电子和较轻的原子核相继出现,宇宙中的星系,恒星、行星乃至生命都是在这种不断膨胀和冷却的过程中形成的。作为这次大爆炸的遗迹和证据之一的便是宇宙微波背景辐射。3、  大爆炸宇宙论:空间的急剧膨胀,远处的星系正急速地远离我们而去。早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体,温度极高,密度大且以很大的速率膨胀着。证据:宇宙背景辐射:根据计算出宇宙中轻元素的比例又一次证明大爆炸理论的正确。

二、黑洞

 1、黑洞的定义:黑洞是一种引力极强的天体,就连光也不能逃脱,可以通过测量它对周围的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。

 2、黑洞的产生:恒星最初只含氢元素,恒星的内部的氢原子时刻相互碰撞发生裂变、聚变,并组成新的元素---氢元素。如此类到铁元素生成时,恒星便会坍塌,最终形成黑洞。光速是宇宙中最快的速度,进入这种天体中也无法逃脱,人们把它叫做黑洞。

 3黑洞的推测:黑洞将它的引力作用到其他周围的物体上。天文学家看到恒星相互之间互相围绕运动,其中一颗可见的恒星绕另一颗不可见的伴星运动系统,落入黑洞的物质会使黑洞产生强大的磁场,其北极和南极的方向往外喷射出射流。在许多星系和变星体中确实观察到了这类射流。

 4、黑洞的发现:1966年测到能发出很强X射线的天鹅座X-1号星在银河系附近的一个星系中发现致密暗星,19861月发现麒麟座X射线新星A0620-00,美国天文学家公布了遥远星系(M87)的中心黑洞。

 5、黑洞家族:史瓦西黑洞,属于“寻常黑洞”由恒星演化而来。大黑洞,由爆发系类星体所形成的黑洞。原始黑洞,由霍金在二十世纪七十年代提出,霍金证明小黑洞通过“隧道效应”可以放射出物质和辐射,说明其具有温度。小黑洞的吸积效应,就是小黑洞质量不断减少,温度不断升高,直到黑洞蒸发掉才停止,如果能找到这种原始黑洞。人类将会跨越核能时代进入一个新的能源时代。微型黑洞,原采取物理学家特罗缅柯提出“微型黑洞存在于一切空间”的假说,他认为地球上也存在黑洞,因为地球地幔中隐藏着微型黑洞,成为使岩浆处于沸腾状态的热源,火山内部较易观测到中微子。

 6、黑洞的划分:①按组成划分:黑洞可以分为两大类。一是暗能量黑洞。二是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大暗能量组成,它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速旋转,其内部产生巨大的负压后吞噬物体,从而形成黑洞。暗能量黑洞是星系形成的基础,也是星团、星系团形成的基础。物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成,具有巨大的质量。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时,我们称之为奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大,可以有太阳系那般大,它比起暗能量黑洞来说体积非常小,它甚至可以缩小到一个奇点。②1992年贝肯斯提出黑洞“无毛定理”;星体坍缩成黑洞后,只剩下质量,角动量、电荷三个基本守恒恒星继续起作用。其他一切因素(“毛发”)都在进入黑洞后消失了。这一定理后来霍金等四人严格证明。根据黑洞的物理特性,将黑洞分为几类 1不旋转不带电荷黑洞,即史瓦西黑洞。2不旋转带电黑洞。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。5与其他恒星一块形成双星的黑洞。

 7、黑洞的演变:①吸积:黑洞通常因为它们要聚拢周围气体产生辐射而被发现。吸积是天体物理中最普遍的过程之一。吸积黑洞经常出现相对论喷流部分是由黑洞的自转所驱动的。然而黑洞并不是什么都吸收的。它也往外散发质子。②:蒸发:由于黑洞的密度极大,那么它的质量就得无限大,体积就得无限小,这样才能成为黑洞。黑洞是不会一直存在的,也有灭亡的那一天,由于黑洞无限吸引,但是总是会有质子逃脱黑洞,这样日积月累,黑洞就慢慢蒸发,到了最后就成为了白矮行星或者它会爆炸。科学家经常用天文望远镜观看黑洞爆炸的画面。③毁灭:萎缩直至毁灭。1947年英国物理学家史蒂芬霍金预言:黑洞会发出耀眼的光芒,体积会缩小甚至会爆炸。这一预言让当时整个科学界为之震动。霍金的理论是受灵感支配的思维的活跃,他结合了广义相对论和量子理论。他发现黑洞周围的引力场释放能量,同时消耗黑洞能量和质量。他设在黑洞附近创生一对粒子,反粒子携带负能量被吸入,正粒子携带正能量逃逸,即黑洞的总质量减少了,而爱因斯坦的公式E=mc^2表明能量损失会导致质量损失。当黑洞质量越变越小,温度会越来越高。因此它的温度和发射率增加,它的质量损失也更快。这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计,因为大黑洞辐射的比较慢,而小黑洞则以极高的速度辐射能量,直到黑洞的爆炸。

 结论:在霍金等发展的量子理论中,奇点可以理解为量子涨落,从而再次取消了上帝存在的必要性。盘古开天辟地毕竟是神话传说。

  在时间很精确的某一瞬间,能量的涨落到产生整个宇宙。之后宇宙就接着大爆炸,换至演化,直到某颗蓝色的星球上进化出有生命的我们。

  宇宙中的黑洞是由于它对周围星体的影响而推测出来的,很多物理学家都发现了黑洞并对其进行了划分。霍金根据他的推测得到黑洞演变的过程,并根据爱因斯坦的公式得到黑洞的质量会减少这一结论。黑洞最终会爆炸。

 致谢:谢袁海宁同学提供的材料、书籍。

 参考文献:《时间简史》、《时间简史续篇》、《霍金讲解录》、《自然科学史》。