Presented by:李俊達 俞明慧 吳鳳彩

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1 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

2 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

3 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。

4 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。

5 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。

6 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。

7 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

8 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。

9 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。

10 ～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。

11 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。

12 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

13 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

14 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

15 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！

16 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。

17 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。

18 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

19 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

20 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

21 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。

22 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

23 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

24 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

25 ? 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 ?

26 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

27 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

28 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

29 The End Thank you for listening