Presented by:李俊達 俞明慧 吳鳳彩 黑洞 BLACK HOLE Presented by:李俊達 俞明慧 吳鳳彩

黑洞究竟是什麼？ 重力超強的星體 吸取一切物質能量 光都無法逃脫 潛伏在星系核心 1916 年發現廣義相對論非旋轉黑洞的解 1967 年 定名為 Black hole 之前理論學家稱之為 Collapsar

黑洞形成之迷 M0=太陽質量 恆星原始質量>20 M0 超新星爆發後，恆星剩餘質量>3 M0 中子簡併壓力＜恆星向內引力。 恆星塌縮,形成黑洞。

黑洞的誘惑魔力 逃逸速度：物件逃離星體所需速度。 光速－－宇宙中最高速度。 恆星質量越大＆體積越小，引力的羈絆便越大，所需逃逸速度亦越高。 IF逃逸速度>光速，一切都不可能逃離引力的魔掌，這顆恆星便成為黑洞。

從廣義相對論說黑洞 質量會扭曲附近時空。質量越大，影響越明顯。 Why月球繞地球旋轉？ 牛頓：月球受地球引力吸引 廣義相對論：地球質量扭曲附近時空，月球在扭曲時空以最自然的方式運行，走出一條曲線。 黑洞是引力極強之地，空間扭曲的程度，足令光線無法逃跑。

解剖黑洞 黑洞空間嚴重扭曲，無法繒於平面。 事件穹界： 奇點： 光線能否逃離的分水嶺稱為事件穹界。 之內的一切皆不能逃離。 事件能為人所探知的極限。 奇點： 黑洞中心。 半徑等於零，密度無限大的地方？ 比較正確的說法：不知道那裡是甚麼一回事，所知物理定律不適用於情況如此極端的地方。

光子球層： 一個不自轉，不帶電的黑洞： 事件穹界外的一個球狀區域。 只要光線是以切線方式擦過光子球層，便會被黑洞引力俘獲，沿球層像衛星一樣永遠繞著黑洞旋轉。 一個不自轉，不帶電的黑洞： 事件穹界的半徑稱為史瓦西半徑(RS)，數值的大小只取決於黑洞的質量。 R S = 2 G M / c 2

旋 轉 黑 洞 又稱為克爾黑洞。 有外內兩個事件穹界，它們之間的區域稱為能層。 能層內的物質會被黑洞自轉所帶動，仍有機會逃離黑洞的魔掌。 內事件穹界才是真正的死亡線，一旦進入便永不超生。

黑洞是如此冷漠的? 黑洞是絕對零度的嗎? 非也! 外表溫度和它的質量成反比。 １）最大的黑洞溫度：數十億分一Ｋ 。 黑洞是絕對零度的嗎? 非也! 外表溫度和它的質量成反比。 １）最大的黑洞溫度：數十億分一Ｋ 。 ２）質量＜一百萬兆之一ｇ：百萬Ｋ至蒸發時的數百萬度兆Ｋ。 黑洞內部溫度：沒有定義! 黑洞中沒有可以量度溫度的介質。 時空陷縮，沒有任何熱平衡狀態可以持續存在到使“溫度”有實質意義。

～人間蒸發～ 霍金蒸發： 黑洞亦會如普通黑體一樣發出輻射 黑洞亦有溫度，溫度和它的質量成反比。 普通星體所形成的黑洞的溫度低至根本無法量度。 只要我們能夠找到小型黑洞，其蒸發過程卻是可以觀測得到的。

尋找黑洞 普遍原則是找一些黑而密度高的物體。 在事件穹界之外，開普勒定律仍適用。 黑洞會被吸積盤所環繞，兩極有噴流。 1)量度繞著懷疑黑洞轉的氣體的速度。 2)用開普勒定律，算出中心物體的質量下限。 If Mass＞ 3 M0 ，非常細小，漆黑一片  黑洞！ 黑洞會被吸積盤所環繞，兩極有噴流。 當物質流入黑洞，會發射出強烈的X射線。

黑洞裡面是什麼？ 不確定實況 內部有一個區域擠壓 重力無限大、無邊界 的時空曲率奇點上 時間與空間奇異的轉變

黑洞也能捕捉重力波嗎？ 旋轉黑洞內部與物質從外部都會產生重力輻射 只有外部的重力波能逃逸 內部的則不可能逃逸出來

黑洞相撞 與一般正常星體無異 外形開始變形 放出重力輻射，雙黑洞系統的能量由此流失 合併成一個新的黑洞 新黑洞的表面積比先前兩者之合略小

蟲洞確實存在嗎？ 尚未發現愛因斯坦相對論中所導出奇特的解之確實證據 蟲洞的發現只是時間的問題，數千年也不一定！

黑洞穿過蟲洞會有何結果？ 視大小而定 維持其本身的座標系統 大小相差不多，沒有概念 蟲洞比黑洞小很多，外在完全無法觀察到其變化。

黑洞自轉對形狀有何影響？ 史瓦茲黑洞 (Schwarzschild Black Holes) 不旋轉，為正球形。體積僅與質量有關。 半徑 =2GM/C2 ，或者每太陽質量半徑為 2.6 公里。

克爾黑洞 (Kerr Black Holes) 角動量不為零，旋轉的黑洞 外部的時空為非靜態 使繞其轉動的星體，繞行一週，轉軸便會稍有變化 內部複雜 奇點也不再是一個點，而是一個“環”，半徑取決於黑洞的自轉量

克爾-紐曼黑洞 (Kerr-Neumann Black Holes) 角動量，電荷量 自轉時，可以偵測到掃過的黑洞磁場， 只能以三個量來描 述黑洞 質量、角動量與電 荷

黑洞會“長大”嗎？ 一般恆星質量 吸入其伴星的物質使本身質量加大 超巨質量黑洞則在數十億年演化期間藉著吸入數百萬顆恆星

白洞存在嗎? 要發現黑洞、甚至超巨質量黑洞，都比發現白洞要容易的多 是否所有的超巨質量“洞”都是“黑”洞 ? 不確定白洞與黑洞是否應成對出現 在遠距離觀察時兩者的特性則是相同的。

黑洞撞白洞 有效質量會立即轉化為重輻射 地平面是否會消失則不確定 超級電腦都未能計算出來

什麼是灰洞? 愛因斯坦廣義相對論重力方程式 “黑洞”：有入無出 “白洞”：有出無入 Stephen Hawking：黑洞可能“蒸發” 如黑洞能夠輻射出粒子，便不算真正黑洞

黑洞先?星系先? 超新星爆炸形成黑洞 黑洞會吸入其他物質合併成 較大的黑洞 宇宙的年齡來看是綽綽有餘的 一個很小的黑洞便足以開始凝聚質量 不一定是先有黑洞形成才凝聚出星系結構

? 黑洞中的景象 沒有相關的計算結果 廣義相對論導出的黑洞解，依幾何性質有不同時空變化 一切景象處於劇烈的光學曲變狀態 光源不同呈現不同的紅位移與藍位移 ?

黑洞進入太陽系 ，地球會．．． Depends on 質量大小 質量小： 質量大： 變成像彗星一樣的高離心率天體 人類會因低溫、動植物無法生長與液態水短少而死亡 質量大： 行星軌道受到極大的擾動 會完全被彈射離開太陽系

太陽變成黑洞，地球軌道．．． 不會變 重力不會變化 水星軌道會受到輕微的非球面“潮汐”力影響而稍有變化

黑洞時光旅行 只能進入未來，不能回到過去 類似狹義相對論中time dilation的效應 當事人不覺，旁觀者才能察覺 重力紅位移效應外，沒有其他相對運動 蟲洞兩端均為黑洞，穿越蟲洞後會立即撞進奇點而死亡

The End Thank you for listening