1、 现代天文学十五讲第十讲 黑洞和类星体 北京大学天文系吴鑫基作业和小论文1，小论文在 5月底 6月初交2，第 3次作业最迟在考试前 1周交第九讲、第十一讲、第十二讲外加一个题目对现代天文学课程和教材的意见（优缺点、改进建议、教材中的问题）一，黑洞概念的提出二， 黑洞的性质和类型三，霍金的量子黑洞四，寻找黑洞五，谜一样的天体类星体六，类星体的挑战（本讲不要求，仅提要式的介绍） 黑洞和类星体是两种不同性质的天体 ,但都是对宇宙演化有举足轻重地位的天体。 黑洞是理论研究的产物，当今已越来越多地与天体物理前沿领域众多的热点课题相关联，并到了搜寻黑洞阶段。 类星体是迄今为止观测到的最明亮、最遥远、最古老
2、的天体。它的能量来源、特大红移和 “超光速 ”现象成为争论的焦点。要点1，第二宇宙速度 (逃逸速度 )根据动能 (mv2/2)引力势能 (GMm/R)导出地球上的逃逸速度为 11.2千米 /秒。R愈小， M愈大，逃逸速度愈大； 当某天体的逃逸速度达到光速，光也不可能离开这个天体，形成黑洞。如果地球半径压缩到只有 0.9厘米时，逃逸速度就超过光速。一， 黑洞概念的提出2，黑洞的预言 1795年拉普拉斯预言黑洞的存在： “ 一个密度和地球一样而直径为太阳的 250倍的发光恒星，由于引力的作用，它将不允许任何光线离开它，不能被我们看见。 ”称这种天体为 “ 黑暗的一团 ” 。 1783年英国牧师、地
3、质学家约翰 米歇尔还早于拉普拉斯提出几乎一样的看法。广义相对论的概念 研究相对作加速运动的参考系情况 基本经验根据：引力质量（ F=GMm/r2）和 惯性质量（ F=ma） 的等同性失重和超重现象 广义相对论爱因斯坦场方程 大质量物体（天体）将引起其附近的时空弯曲；3,广义相对论关于黑洞的概念 广义相对论里没有逃逸速度这个概念，而是引力场使时空弯曲 。 在弯曲空间，如球面，两点之间最短的距离曲线，大圆的一部分。 月球绕地球运转是因为地球的质量扭曲了附近的时空，使月球绕地球运转，就如火车沿铁轨运行一样，当铁轨变弯曲后，火车自然沿弯曲的铁轨运行。 质量一定的恒星，当其半径越小，对周围时空弯曲作用越大，半径小到一定程度后，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。二，黑洞的性质和类型1,史瓦西黑洞 最简单的黑洞，不旋转，不带电 ,仅有有质量参数，称为史瓦西黑洞或球形黑洞。 垂直于表面发射的光都被捕获处的半径，表示黑洞的半径 算出：太阳的史瓦西半径为 3千米，地球仅为0.9厘米。与由牛顿力学推导出的公式所给出的估计是一致的。2，视界 ：史瓦西半径是黑洞的边界。 物质（包括光）一旦落入视界之内，就再也不能逃出视界。3，中心奇点 ：黑洞除中心有物质以外，其它地方空无一物，中心点的物质密度、引力都是无穷大，故称奇点。
