为了毕业论文开局制造黑洞

1.黑洞由大质量的恒星引力塌缩形成.2.这仅是猜测.只能由理论推算可能是这样的.3.这也仅是猜测.

真空衰变的概念最初出现在1980年《物理评论》杂志上的一篇论文中，作者是西德尼.科尔曼和弗兰克.德卢西亚。早在这之前狄拉克就指出，我们宇宙中的真空可能是一种伪真空，在那似乎空无一物的空间里，幽灵般的虚粒子在短得无法想像的瞬间出现又消失，这瞬息间创生与毁灭的活剧在空间的每一点上无休止地上演，使得我们所说的真空实际上是一个沸腾的量子海洋，这就使得真空具有一定的能级。科尔曼和德卢西亚的新思想在于：他们认为某种高能过程可能产生出另一种状态的真空，这种真空的能级比现有的真空低，甚至可能出现能级为零的“真真空”。这种真空的体积开始可能只有一个原子大小，但它一旦形成，周围相邻的高能级真空就会向它的能级跌落，变成与它一样的低能级真空，这就使得低能级真空的体积迅速扩大，形成一个球形，这个低能级真空球的扩张很快就能达到光速，球中质子和中子将在瞬间衰变，这使得球内的物质世界全部蒸发，一切归于毁灭…… ……以光速膨胀的低能级真空球将在秒内毁灭地球，五个小时内毁灭太阳系，四年后毁灭最近的恒星，十万年后毁灭银河系……没有什么能阻止球体的膨胀，随时时间的推移，整个宇宙都难逃劫难，如果把我们的宇宙看作一个广阔的海洋，我们就是海中的鱼儿，我们周围这无边无际的海水是那么清澈透明，以至于我们忘记了它的存在。现在要说，这不是海水，是液体炸药，一粒火星就会引发毁灭一切的大灾难。 -------------------------------- 真空不空，这是现代物理的一个论述。简单说来就是说真空之中并不是真的一无所有，真空中无时无刻的产生正负德粒子，随之湮灭。就好像水中的空气，随时产生又随时破灭。真空就像水，产生的粒子就好像气泡。这就是真空不空的简单描述。这种成对粒子的产生与湮灭无处不在，根本就不需要粒子加速人工造成，这种高能状态就存在于甚至真空之中。 宇宙真空就象充满引力子、反引力子的汤，可以用水来作比喻，拧开水龙头往一个空杯子里灌水，水流在杯子中的混沌运动就象宇宙的引力子、反引力子汤，在水流的高速碰撞中会产生众多泡沫，这些泡沫就相当于在真空中生成的粒子，泡沫上的水分子就相当于引力子、反引力子，只不过大小不同而已，宇宙万物的道理都是相通的，因为它们都有共同起源。 宇宙中运行的引力子、反引力子时刻与各种粒子进行着能量交换，如果将粒子比作人，那引力子、反引力子就相当于空气，如果将粒子比作水中的鱼，那引力子、反引力子就相当于水。 宇宙广大区域的真空中运行着光速的光子、中微子，超光速的引力子、反引力子，用E1=ma2方程计算，真空中蕴藏着的能量是很大的，而且不同区域的真空蕴藏的能量差异极大，如黑洞奇点的真空区和宇宙奇点的真空区与宇宙广大区域的真空相比较。 宇宙真空充满了引力子和反引力子，而且由于纯引力的黑洞存在，宇宙总体上已出现了引力子和反引力子的不对称，即引力子总量多于反引力子。对称性破缺的本质来自于宇宙真空的不对称性产生真空对称性自发破缺机制。 如果系统受到一个小扰动破坏了它的对称性，我们说它的对称性破缺，比如，原子中的这样一个扰动可以由电场引起，由于扰动的作用，原子将不再停留在它原先的定态上，而从一个能级跃迁到另一个能级，并发射或吸收一个可见光光子。对称性破缺同样出现在粒子中，这时的干扰因素就是宇宙中无所不在的引力子和反引力子。之所以出现“宇称不守恒”，是因有些粒子在真空中的引力子、反引力子的干扰下，必然会出现上述现象，而且较易出现在有弱核力参与的粒子转化过程中，因为这种力较弱，即反引力场较弱，较易受到外界的引力子或反引力子的干扰。 在宇宙中，上下级物质特别容易产生干扰，形成对称性破缺，粒子级物质较易对原子形成干扰，因为前者是后者的结构材料，同理，引力子级物质较易对粒子形成干扰，形成对称性破缺。而引力子级物质对原子、分子、生物体较难在短期内形成可察觉的干扰，因为它们存在巨大的质量差异，这种干扰只能渐进式的，一种从“量变到质变”的缓慢过程，引力子级物质最先影响粒子级物质，通过它逐渐对原子形成影响。 粒子世界的“不确定”、“测不准”就是因为粒子质量太小，而宇宙真空中的引力子、反引力子密度比光子、中微子等粒子高出很多倍，引力场使得宏观宇宙的时空都发生弯曲，粒子在无数引力子和反引力子的碰撞干扰下，出现“不确定”、“测不准”是必然的。 正是真空的这种特性，造成“宇称不守恒、CP破坏及时间（T）反演不变性的破坏、规范对称性的自发破缺”等一系列对称性丢失。而且宇宙必须存在对称中的不对称，完全对称的宇宙将会凝结，如果正奇子与反奇子在对抗与协同中完全对称，将不可能形成引力子与反引力子，如果正、反夸克组合出完全对称的正、反质子，正、反中子，今日的宇宙将只剩下微波辐射。 宇宙微观量子环境 粒子能在真空中产生，实际上是由真空中运行的引力子、反引力子组合成的，在宇宙空间中，引力子、反引力子的密度比光子、中微子高得多，整个宇宙就象一碗充满引力子、反引力子的汤。宇宙不同区域，能量差异极大，能量越高，这碗汤中的引力子、反引力子就越浓，因此在高能加速器中，是极易从真空中生成一大群粒子的。宇宙中所有粒子都时刻辐射着引力子、反引力子，同时又从外界吸收引力子、反引力子，两者总体上形成平衡，如果出现不平衡，就产生多种对称性破缺。

黑洞与时间和空间画上联系，霍金曾经指出黑洞会有时间旅行的可行性，也有有不少科学家都认为黑洞有可能是一道空间之门。制造黑洞可以实现时光旅行，空间穿梭。所以研究黑洞和制造黑洞是一些科学家的追求。

“黑洞”是一种天体：它的引力场强大得就连光也不能逃脱出来。根据广义 相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没 什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半 径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间 返回恒星表面。 等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表 面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像 宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真 正是“隐形”的，下面将会叙述。 黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒 星演化而来的。我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗 恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已 经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳 的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力 与压力平衡。 质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子 星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过 了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。 这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一 个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度 （史瓦西半径），正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向 外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。 与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无 法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎 么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传 播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯 曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线， 而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏 离了原来的方向。 在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围， 空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部 分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。 所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样， 这就是黑洞的隐身术。 更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它 方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能 看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！ “黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多 科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过， 这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的

回答你第1个问题如下：量子理论的基本原则是沃纳·海森伯( Werner Heisenberg ) 的不确定原理。根据这一原理，量子物体的所有属性都不具有完全确定的值。例如，一个光子或一个电子不可能同时具有确定的位置和确定的动量。对一确定的时刻，它也不可能有确定的能量。这里我们关心的是能量不确定性。尽管在宏观世界里能量是守恒的（它既不能创造也不会消失），但是在亚原子量子领域里这个定律就失效了。能量可随时自发出现无法预言的变化。所考虑的时间间隔越短，这种量子随机涨落就越大。实际上，粒子可以从我们不知道的某个地方借来能量，只要这份能量马上归还就行。海森伯不确定原理的准确数学形式要求大宗的能量借贷必须很快归还，而少量的借贷则可保留较长的时间。 能量的不确定性会引出一些奇怪的效应，诸如光子那样的粒子可以突然从虚无中生成，不过过后它又马上再度消失，出现这种现象的概率便是上述奇怪效应中的一种。这种粒子依靠借来的能量，因而也是依靠借来的时间得以生存。我们看不到它们是因为它们只是闪电般地一现即没，但是又确实在原子系统的特性中留下它们曾存在过的痕迹，而这些痕迹是可以测量的。事实上，通常认为的真空确实充满着川流不息的一群群这类瞬时存在的粒子，它们不仅有光子，还有电子、质子相别的所有粒子。为了把这种瞬时粒子与我们比较熟悉的永久粒子相区别，前者称为“虚”粒子，而后者则称为“实”粒子。 除瞬时性外，虚粒子与实粒子是完全相同的。实际上，如果用某种方法从外界补充足够的能量偿还海森伯能量借贷的话，那么虚粒子就有可能升格为实粒子，而且与其他同种实粒子没有任何区别。例如，一个虚电子在典型情况下只能存在大约 10-21 秒。 在它短促的生存期中，虚电子并非静止不动，它在消失之前可以走过 10-11 厘米的距离（作为比较，原子的直径约为 10-8 厘米）。如果这个虚电子在这么短的时间内得到能量（譬如说从电磁场），它就未必会消失，而是可以作为一个完全普通的电子继续存在。 尽管看不见这些虚粒子，但它们实实在在存在于真空之中。这不仅因为真空包含一个潜在的永久性粒子库，还因为尽管它们以半真半虚的形式出现，这些幽灵般的量子实体依然会留下它们的活动痕迹，而且可以探测到。例如虚光子的效应之一是使原子的能级发生极少量的偏移。它们也能使电子磁矩发生同样细微的变化。这些细微然而却很重要的变化已用光谱技术精确地测量到。 考虑到亚原子粒子一般不自由移动，但要受到各种与粒子种类有关的力的作用，对上述简单的量子真空图象要作些修正。这种种力也在相应的虚粒子之间发生作用。因此，也许存在不止一种真空态。许多可能的“量子态”的存在是量子物理的普遍特征。最为熟知的是原子的各种能级。这里，一个绕原子核转动的电子可以有某些非常确定的能态，而这些能态又对应着确定的能量。最低的能级称为基态，它是稳定的。较高的能级称为激发态，它们是不稳定的。如果一个电子闯入一个较高的能态，它会向下跃迁返回基态，而跃迁的途径可以不止一种。这种激发态有很确定的“衰变”半衰期。 类似的原理适用于真空。它可以有一种或多种激发态。这些激发态有各不相同的能量，不过它们的实际表象完全相同，即都是真空。最低的能态，也就是基态，有时称为“真”真空，以反映它是稳定态这一事实，大体上对应今天宇宙的真空区域。激发真空则称为“伪”真空态。 应当说，伪真空态仍然是一种纯理论的观念，其性质在很大程度上取决于所用的特定理论。但是，伪真空态很自然地出现在现今所有试图统一各种自然力的理论中。现在已确认的基本力看来有 4 种：日常生活所熟悉的引力和电磁力，以及两种短程核力——弱力和强力。这份清单过去还要长些。例如，电和磁就曾被看作是截然不同的东西， 电与磁的统一过程开始于 19 世纪初。当时，汉斯·克里斯琴·奥斯特( Hans Christian Oersted )发现电流产生磁场，而迈克尔·法拉第( Michel Faraday )则发现运动的磁铁会产生电流。很清楚，电与磁是有内在联系的。但是，直到 19 世纪 50 年代，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦( James Clerk Maxwell )才指示了这种联系的细节。麦克斯韦通过一组数学方程精确描述这些“电磁”现象，并预言电磁波的存在。不久，人们便意识到光也是这种波的一个例子，而且还应当存在其他形式的波，如射电波和 X 射线。因此，表面上两种不同的自然力——电力和磁力——原来是单一电磁力的两种表现，它有着自身特有的一些现象。 最近几十年来，这种统一过程有了更深入的发展。根据现在的认识，电磁力和弱核力是有联系的，是单一“电弱”力的组成部分。许多物理学家相信、作为所谓大统一理论的一部分，将来也会证明强力与电弱力有联系。不仅如此，所有 4 种力可能在某种足够深的层次上合成为单一的超力。 企图统一电弱力和强力的一些大统一理论预言了一种最有前途的暴胀力。这些理论的一个关键特征是，伪真空态的能量大得惊人：典型情况是，1 立方厘米的空间含有 10^87 焦耳的能量！甚至一个原子的体积也会拥有 10^62 焦耳的能量。一个受激原子却只具有 10^-18 焦耳左右的能量，两者相比，后者简直是微乎其微。因此，要激发真空，需要极大的能量，而在今天的宇宙中我们不企望会找到这种状态。另一方面，一旦有了大爆炸的极端条件，这些数字就比较说得通了。 与伪真空联系在一起的巨大能量具有强大的引力效应。这是因为能量具有质量，这一点爱因斯坦已经为我们指出了，所以它可以像正常物质一样受引力吸引。量子真空的巨大能量拥有巨大的吸引力：1 立方厘米伪真空的质量重达 10^64 吨，这比今天整个可观测宇宙的质量（约 10^48 ）还大！这种异常的引力对暴胀的产生毫无用处，后者要求某种反引力过程。但是，巨大的伪真空能量是和同等巨大的伪真空压力联系在一起的，而正是这种压力起着奇妙的作用。通常，我们并不把压力看作为引力源，但这种压力却是一种引力源。在一般物体中，物体压力的引力效应与物体质量的引力效应相比是微不足道的。例如，人体重量中只有不到十亿分之一是由地球内部压力产生的，不过，这种效应确实存在，而且在一个压力极其巨大的系统中，压力引力可以与质量引力相比拟。 在伪真空的情况下，既有巨大的能量，又有与之相仿的巨大压力，它的相互争夺对引力的支配权，但是，关键的性质在于压力是负的。伪真空起的作用不是排斥而是吸引。现在，负压力产生负引力效应，这就是所谓的反引力。因此，伪真空的引力作用归结为它的能量的巨大吸引效应和它的负压力的巨大排斥效应之间的竞争。最终压力获得了胜利，其净效应是产生一种非常大的排斥力，它可以在一刹那间把宇宙冲开。就是这种庞大的暴胀推力，使宇宙的尺度以极快的速度即每 10^-34 秒增大一倍。 就内禀性质来说，伪真空是不稳定的。像所有的激发量子态一样，它要发生衰变以回到基态——真真空。在几十个滴答之后，它就可能衰变。作为一种量子过程，它必然表现出上面讨论过的无法避免的不可预测性和随机涨落，这些性质都与海森伯不确定原理有关。这意味着衰变的发生就整个空间而言不是均匀的，而是会有涨落。某些理论家认为，这些涨落可能就是宇宙背景辐射探测卫星观测到的强度起伏的缘由。 在伪真空衰变后，宇宙重新恢复它正常的减速膨胀，由暴胀进入爆炸。封闭在伪真空中的能量得以释放，并以热的形式出现。由暴胀产生的巨大膨胀使宇宙冷却，直到温度十分接近绝对零度，然后暴胀的突然结束再次把宇宙加热到 1028 度的极高温度。今天，这个巨大的热库已几乎完全消失，残留下来的就是宇宙背景热辐射。作为真空能量释放的副产品，量子真空中的许多虚粒子获得其中的一部分能量，并转变成实粒子。这些粒子的遗骸留存至今，成为组成你、我、银河系和整个可观测宇宙的 10^48 吨物质。

1.一个黑洞能有多大？ 黑洞的大小是没有限制的。然而，我们认为存在的最大的黑洞位于许多星系的中心，其质量相当于大约10亿个太阳(十亿太阳质量)。它们的半径是太阳系半径的相当大的一部分。 2.一个黑洞能有多小？ 根据广义相对论(此理论预言解释了大多数黑洞的特征)黑洞的尺寸可以无限小。但是一个关于引力作用的完整理论必须包括量子力学，并且现在这样的理论已经建立了。一些来自关于这个理论最近的工作的线索表明黑洞的半径不能小于十的负三十三次方即0.厘米。在如此小的尺度上，即使表面光滑的空间也会被分解成一个由隧道、环路和其他交织结构组成的“捕鼠器”!至少，这是目前的研究表明的。 3.[关于以上的第一个问题的答案]为什么恒星内部的电子力不以与引力相同的速度增长呢? 简单来说，恒星内部的简并电子压力以一种特定的方式依赖于气体的密度，而不直接依赖于重力和密度之间的关系。如果你想要一个数学关系，它是:压强与密度的5/3次方成正比。几次方由量子力学的性质决定(与引力无关)。另一方面，恒星表面的引力(例如)与恒星的质量成正比，与半径的平方成反比(因为牛顿的万有引力定律!)如果我试着用恒星的密度来表示这个表面引力(它是平均密度)，我发现M/r^2正比于密度乘以r，所以你看，“密度乘以r”不是“密度的5/3次方” 4.一个坠入黑洞的观察者能够看到发生在黑洞外的所有未来事件吗？ 引力时间膨胀效应的存在会导致一个误区。的确，如果一个观察者(A)在黑洞事件视界附近静止不动，而另一个观察者(B)在离事件视界很远的地方静止不动，那么B会看到A处的时钟滴答滴答走地很难，而A会看到B处的时钟走的很快。 但是如果A在B保持静止的情况下落向事件视界(最终越过它)，那么我们看到的并不像上述情况表述的那么直接。正如B所看到的:A落向事件视界，A发出的光子爬出重力井所需要的时间会越来越长，导致B看到A的时钟明显变慢。 当A在事件视界时，A处的时钟发出的任何光子(形式上)都需要无限时间才能到达B。为了便于思考，想象时钟每滴答一下就发出一个光子。因此，就像你说的，如B所见，A似乎冻住了。然而，A其实已经跨越了事件视界，B所见的其实只是一种幻觉(准确来说，是一种"光学幻觉")，让B以为A永远不会跨越事件视界。如A所见:A下落，越过事件视界(也许在很短时间内)。 A看到B时钟发射的光子，但是A正在远离B，因此A在越过事件视界前永远无法收集到超过有限数量的光子(如果你愿意，你可以认为这是由于多普勒效应抵消了引力时间膨胀--A远离B的运动)。在A越过事件视界之后，A收集到的光子不容易按来源来分类，所以A无法弄清B时钟是如何继续滴答作响的。在A越过事件视界之前，A发射了有限数量的光子，B也发射了有限数量的光子(A收集了有限数量的光子)。 你可能会问，如果A落向事件视界的速度降低地很慢的话，会怎样？是的，多普勒效应不会起作用了。直到在某个实际的极限，A离事件视界太近，无法阻止自己落下，那么A只能看到B的光子数量有限(但是实际数量很大--占用了B更多时间)。当然，如果A在坠入事件视界之前，"坚持"了足够长的时间，有可能看到宇宙的未来走向。所以结论是:仅仅掉进黑洞里不会让你看到整个宇宙的未来。黑洞是存在的，但不会成为最终大危机的一部分，物质会落入黑洞中，对于外行人来说，请参考Kip Thorne的书《黑洞与时间弯曲》，这本书中有很好的黑洞问题讨论。 5.黑洞能被用作能源吗？ 关于黑洞作为能选的潜在用途有大量的信息(当然，应该提到的是我们必须先获取一个黑洞，至少在有太阳的情况下，我们才能利用太阳能)。关于我在文章中提到的信息，我建议咨询一下为外行人写的一本优秀著作:Kip Thorne的《黑洞与时间弯曲》。简而言之，旋转的黑洞能够在旋转的过程中储存大量能量，这种能量实际上是可获取的，因为旋转运动作用在黑洞以外的空间。原则上，能量可以从黑洞的旋转中提取出来，具体使用什么机制是一个潜在的复杂问题。 参考资料 百科全书 2.天文学名词 3. phys-一个没有天赋的人-千里 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

人类目前在宇宙中发现了两种黑洞。一种是由大质量的恒星坍缩形成的恒星型黑洞，这种黑洞的质量在3个太阳质量至几十个太阳质量之间。另一种黑洞是超大质量黑洞，其质量在一百万个太阳质量以上，大的能够达到上千亿个太阳质量。在一些星系的中心往往就存在一个超大质量黑洞，人类第一张黑洞照片的主角就是一个质量为太阳65亿倍的超大质量黑洞，位于室女座A星系的中心。超大质量黑洞的形成目前还不是很确切。

除了这两种黑洞，还有理论中预言的黑洞。比如在宇宙大爆炸后不久，由于部分区域物质非常密集，这些物质直接坍缩形成了一些原初黑洞，那些黑洞对宇宙的演化发展发挥过非常重要的作用，如今那些黑洞基本上都因霍金辐射蒸发殆尽。

另外，包括霍金在内的一些研究黑洞的科学家非常希望人类能够制造出黑洞。人类是无法制造恒星型黑洞及超大质量黑洞的，毕竟地球的质量比最小的恒星型黑洞都要小数个数量级，科学家们渴望制造出来的是一种质量非常小的迷你黑洞，是利用加速器去制造。

在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机运行之前，有人就分析过，如果对撞机制造出了black hole，霍金就有可能拿到诺贝尔奖。遗憾的是直到现在大型强子对撞机也没有制造出黑洞。中国要建造更大能量的对撞机，也没有谈到用对撞机制造黑洞。可能是因为能量还远远不够吧。

黑洞相当于将质量集中到一个非常小的区域中，如果让两个能量非常高的粒子迎头相撞，就有可能在对撞的瞬间将很高的能量或质量集中到很小的一个区域中，那个区域的质量密集程度如果达到一定程度就会制造出一个黑洞。

如果制造出了这样的黑洞，人类完全没必要担心，因为霍金辐射会使它在极短的时间内蒸发掉，时间短到人类还来不及去探测。有人说谁能保证霍金辐射是正确的？的确，霍金辐射目前还没有得到实验的严格证明，不过需要知道的是，不仅霍金辐射会认为质量很小的黑洞会很快蒸发掉，其他理论也是这样认为的。科学家都不担心黑洞能将地球吞噬，杞人还担心啥？