史蒂芬·霍金

史蒂芬·霍金简介 史蒂芬·霍金，出生于1942年1月8日。 毕业于牛津大学。 1962年霍金在剑桥读研究生后，他的母亲注意到儿子的状况异常。刚过完21岁生日的霍金在医院里住了两个星期，经过各种各样的检查，他被确诊患上了“卢伽雷氏症”，即运动神经细胞萎缩症。 1985年，霍金动了一次穿气管手术，从此完全失去了说话的能力。他就是在这样的情况下，极其艰难地写出了著名的《时间简史》，探索着宇宙的起源。 《时间简史》的一位译者在序言中是这样描述霍金的：霍金的生平是非常富有传奇性的。在科学成就上，他是有史以来最杰出的科学家之一，他的贡献是在他20年之久被卢伽雷病禁锢在轮椅上的情况下做出的，这真正是空前的。因为他的贡献对于人类的观念有深远的影响，所以媒介早已有许多关于他如何与全身瘫痪作搏斗的描述。尽管如此，译者之一于1979年第一回见到他时的情景至今还历历在目。那是第一次参加剑桥霍金广义相对论小组的讨论班时，门打开后，忽然脑后响起一种非常微弱的电器的声音，回头一看，只见一个骨瘦如柴的人斜躺在电动轮椅上，他自己驱动着电开关。译者尽量保持礼貌而不显出过分吃惊，但是他对首次见到他的人对其残废程度的吃惊早已习惯。他要用很大努力才能举起头来。在失声之前，只能用非常微弱的变形的语言交谈，这种语言只有在陪他工作、生活几个月后才能通晓。他不能写字，看书必须依赖于一种翻书页的机器，读文献时必须让人将每一页摊平在一张大办公桌上，然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读。人们不得不为对人类中居然有以这般坚强意志追求终极真理的灵魂从内心产生深深的敬意。

1、黑洞是什么？ 2、为什么研究黑洞？ 3、黑洞存在于哪里？

恒星临死时的样子t

红巨星阶段 恒星在发光几亿到几十年后，中心内部的氢含量将消耗殆尽，由于热核反应的能量供应不足，恒星整体开始收缩，收缩使温度增高，紧贴在核心外面的薄层开始氢聚变为氦的热核反应，这时外层温度增高，体积逐渐变大，膨胀时，恒星的最外层变冷，并发出红光，最后生成“红巨星”。 红巨星的体积很大，它的半径一般比太阳大100倍 在红巨星阶段, 恒星的氧-碳内核已经不再发生热核反应, 即使外壳对核的压力增大,内核也得不到充分的压缩而引起碳-氧继续聚变, 但内核周围的氢层和氦层继续燃烧,并且向外扩展,这种情况下,引力与排斥力开始不稳定, 恒星便开始一鼓一缩的脉动, 红巨星稀薄的包层向外以星风的形式逃逸,形成同心圆结构; 随着红巨星大气的丧失,中心星由于极高的密度和温度产生类似爆发的高速星风, 将剩余的气体与尘埃抛出,形成不规则的块状结构和气泡结构.这张照片是哈勃广角行星镜头拍摄的可见光波段和红外波段的合成图像.NGC7027距离我们3000光年,位于天鹅座.

红巨星t

超新星 红巨星的存在是短暂的，恒星中心的能量最终会被全部耗尽，因为当核内的铁原子及其它重元素的比例达到一定程度时，核聚变将会停止。 从此，恒星中心开始冷却，它没有足够的热量平衡中心引力，结构上的失衡就使整个星体向中心坍缩，造成外部冷却而红色的层面变热，如果恒星足够 大，这些层面就会发生剧烈的爆炸，产生超新星。大质量恒星爆炸时光度可突增到太阳光度的上百亿倍，相当于整个银河系的总光度。 恒星爆发的结果：（1）恒星解体为一团向四周膨胀扩散的气体和尘埃的混合物，最后弥散为星际物质，结束恒星的演化史。（2）外层解体为向外膨胀的星云，中心遗留下部分物质坍缩为一颗高密度天体，从而进入恒星演化的晚期和终了阶段。

超新星t

恒星晚期的三种天体 在恒星演化末期将出现三类天体：白矮星、中子星和黑洞。 白矮星：恒星在核能耗尽后，如它的质量小于1.44个太阳质量就将成为白矮星。没有核能后，它靠引力收缩供能，等收缩到原半径的几十分之一到百分之一后，恒星就变成了一个中心密度很高，仅靠剩余热量发光的白色天体随着它的余热逐渐消失。表面温度逐渐降低，慢慢成为红矮星、黑矮星，就无法观测到了。 中子星：恒星在核能耗尽之后，如果它的质量在1.44~2太阳质量之间就会成为中子星。中子星是由一种叫做中子的基本粒子组成的超密度恒星。它的直径只有10千米左右，其密度特别大，1立方厘米可达1亿吨以上，自转特别快。     中子星是1967年在狐狸座内发现的，由于它周期性地发出脉冲，又叫脉冲星.。 黑洞：恒星在核能耗尽后，如质量超过2太阳质量，则平衡状态不再存在，星体将无限制地收缩，星体的半径愈来愈小，密度愈来愈大，终于达到临界点，这时它.的引力之大足以使一切核子，包括光子，都不能外逸，就象一个漆黑的无底洞，因而称为“黑洞”。它的引力之大足以使一切核子，包括光子，都不能外逸，就象一个漆黑的无底洞，因而称为“黑洞”。

黑洞t

黑洞的“黑” 1、看不见 2、引力极大 3、隐身术

如何发现黑洞 太空中有一些物质围绕一个中心极快的旋转 黑洞有伴星，发射X射线 巨大的吸积盘

黑洞的结构 一个旋转的黑洞就象一个旋转的中间有孔的圆盘，里面的一层则被称为“静止界限”或无限红移面。在这两个界面之间的是一个特殊的区域，称为“能层”。在静止界面上，时间被“冻结”，辐射被无限地红移，飞船停留在一个固定点上，飞船上的机器人宇航员看到的星空将不再变化，而黑洞则在他的脚下急速旋转。如果越过静止界限，进入能层，飞船将被拖入旋转的运动。 黑洞的中心被称为奇点。

黑洞在哪里 科学家发现在宇宙尺度上，黑洞几乎“无所不在”。仅在我们生活的银河系就有不少，科学家发现银河系中心存在24个黑洞，其质量分别相当于太阳的3200倍到125万倍不等。

黑洞引起兴趣的原因1 转动的黑洞有一个非常有趣的特性，这就是著名的彭罗塞过程。彭罗塞于1969年指出，在能层中，当物质粒子的转动方向与黑洞相反时，粒子的能量相对于无穷远是负值。如果一个粒子从远处落入能层，并在能层中分裂成一个与黑洞转动方向相反，另一个方向相同的两个粒子，那么当转动方向相同的粒子离开能层，飞离黑洞，而另一个落人黑洞视界时，飞离黑洞的粒子能量将大于原来的粒子。 利用能层的这一特性，希腊物理学家德梅特里奥斯·克里斯托多罗(Demetrios Christodoulou)想出一个很巧妙的方法从黑洞中提取能量。这就是向能层投物质，一部分物质被视界吸入后获得负能，另一部分则装载宝贵的能量被发射出来，这些能量比原来物质所积聚的少量能要多得多，特别是没有废料的问题。 具体设想是围绕黑洞建造一个巨大的钢性骨架，当然要离黑洞足够远，以避免过大的潮汐力的作用。然后在这个骨架上建设一座工业城市，将每天数百万吨垃圾收集起来，装上小车，倾人黑洞。小车一辆接一辆沿螺旋线落向黑洞，每辆车在进入能层并到达“抛射点”时，一个自动装置打开，把垃圾倒进仔细设计好的与黑洞转动方向相反的轨道上。黑洞由于捕获垃圾而稍稍减小了转动速度，与此同时，空车以增大的能量离开能层，最后被一个巨大的转子回收，释放出大量的转动能。这个转子是接在发电机上的，于是就可以为城市提供电力。由每辆小车的回收所净得的能量等于抛出垃圾的质量能量再加上黑洞本身质量能量的一部分。     这确是一个聪明的方案，城市居民不仅把垃圾的全部质量转变成了电能，而且还提取了黑洞的一部分能量。不过每次倒进和回收的操作会使黑洞旋转速度放慢，最后理想城市的创意者就将这个环形城市像陀螺一样转到另一个新黑洞的周围，继续同样的过程。这的确是一个令人向往的生态城市。     实际上，彭罗塞过程不只是一种趣谈。黑洞转动能量的提取，有可能已经在自然的天体物理条件下，正通过一个适当分布的外部磁场而实际发生着。

黑洞引起兴趣的原因2 不同宇宙间的走廊 黑洞这个贪吃的掠夺者不再把物质归还到我们的宇宙，而是在它们内部深深地隐藏了起来，不让我们看到。但纯理论研究却显示黑洞存在一个完全相反的对立面：白洞。这是一块任何物质都绝对进不去的领地，但却可从里面出来。人们假设在白洞和黑洞间有被称为虫洞的隧道相互连接。物质从白洞的奇点跳出来，在白洞奇点物理定律不管用了，因果关系也不见了，以致在这一区域物质形态也不存在了。 但是，彭罗塞确定，如果黑洞奇点的存在是由于它是我们的宇宙的组成部分，那么白洞奇点既不能因我们的宇宙而存在也不能单独存在，就是“宇宙监督”假说。正是这个假说否定了我们宇宙间存在白洞的可能。 因此白洞的祖国就转移到别的地方，让我们看看是怎么回事。在宇宙起源时突然膨胀的时代可能形成了许多隧道，像蛀虫钻孔一样，故称为“虫洞”。根据惠勒的看法，这些隧道把黑洞视界的内部区域和白洞视界的内部区域连接起来而没有奇点，这样虫洞就成为空心管道，就可能将从黑洞吸进的物质通过空心管道再从白洞排出。物质所作的旅行可以被看作从它熟悉的宇宙出发，掉进一个有去无回的洞中，但却在完全陌生的、不同的宇宙中获得新生。

黑洞引起兴趣的原因3 黑洞研究引起人们兴趣的一个重要原因是，时间和空间在黑洞中消失，这意味着通过黑洞有可能将我们现在的时间和空间连接另外一个时间和空间，时间旅行有可能实现。如果按照包括霍金等人的假说我们的宇宙不是时空4维，而是11维的话，那么黑洞有可能是通往其他7维的通道。黑洞留下很多谜，很值得我们进一步探索。

黑洞最终的命运 黑洞最后的命运：大爆炸 在黑洞不断增大的假设中，黑洞的生命永远不会停止。但有一个预示性的停止，正是由同一位霍金做出的，他把黑洞比作一个不断充气的气球。1976年，霍金在《自然》杂志上发表文章指出，黑洞会不断蒸发直到最后爆炸而消失。 今天这种理论已被普遍认同。人们认为有可能“看到”黑洞的最后的闪烁，就是能从高能电磁波中观测到的黑洞最后爆炸时发射的γ射线。 黑洞总是贪吃的，它们的终结正是由于狼吞虎咽地吃了某种消化不了的东西：带“负能”的粒子。带负能的粒子与提供正能的粒子一起来源于能层，但那些提供正能的粒子被推到了黑洞外面，而黑洞则吞下了带负能的粒子，这样它们就不得不用消耗自己能量的代价来弥补债务。因此黑洞的质量减少了，并开始了一个不断蒸发的过程。黑洞越来越小，越来越热，它的能量在空间散失，最后这个老掠夺者就爆炸和消失了。