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      奇妙的數(shù)學(xué)黑洞

      時(shí)間:2019-05-14 05:34:24下載本文作者:會(huì)員上傳
      簡(jiǎn)介:寫寫幫文庫(kù)小編為你整理了多篇相關(guān)的《奇妙的數(shù)學(xué)黑洞》,但愿對(duì)你工作學(xué)習(xí)有幫助,當(dāng)然你在寫寫幫文庫(kù)還可以找到更多《奇妙的數(shù)學(xué)黑洞》。

      第一篇:奇妙的數(shù)學(xué)黑洞

      數(shù)學(xué)黑洞

      數(shù)學(xué)黑洞

      茫茫宇宙之中,存在著這樣一種極其神秘的天體叫“黑洞”(black hole)。黑洞的物質(zhì)密度極大,引力極強(qiáng),任何物質(zhì)經(jīng)過(guò)它的附近,都要被它吸引進(jìn)去,再也不能出來(lái),包括光線也是這樣,因此是一個(gè)不發(fā)光的天體黑洞的名稱由此而來(lái)。由于不發(fā)光,人們無(wú)法通過(guò)肉眼或觀測(cè)儀器發(fā)覺(jué)它的存在,而只能理論計(jì)算或根據(jù)光線經(jīng)過(guò)其附近時(shí)產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象而判斷其存在。雖然理論上說(shuō),銀河系中作為恒星演化終局的黑洞總數(shù)估計(jì)在幾百萬(wàn)到幾億個(gè)之間,但至今被科學(xué)家確認(rèn)了的黑洞只有天鵝座X-

      1、大麥哲倫云X-

      3、AO602-00等極有限的幾個(gè)。證認(rèn)黑洞成為21世紀(jì)的科學(xué)難題之一。

      數(shù)學(xué)被譽(yù)為“科學(xué)之母”,在現(xiàn)代科技的發(fā)展中起著定海神針般的作用,而現(xiàn)代的戰(zhàn)爭(zhēng)更是被認(rèn)為將是一場(chǎng)“數(shù)學(xué)家和信息學(xué)家的戰(zhàn)爭(zhēng)”。在信息戰(zhàn)中,要運(yùn)用數(shù)學(xué)作大量的模擬運(yùn)算,運(yùn)用數(shù)學(xué)在空間作精確的定位,運(yùn)用數(shù)學(xué)對(duì)導(dǎo)彈作精密制導(dǎo),運(yùn)用數(shù)學(xué)來(lái)研究保密通信的算法,運(yùn)用數(shù)學(xué)作為網(wǎng)絡(luò)攻擊利器。

      無(wú)獨(dú)有偶,在數(shù)學(xué)中也有這種神秘的黑洞現(xiàn)象。

      1.123黑洞(即西西弗斯串)

      數(shù)學(xué)中的123就跟英語(yǔ)中的ABC一樣平凡和簡(jiǎn)單。然而,按以下運(yùn)算順序,就可以觀察到這個(gè)最簡(jiǎn)單的黑洞值:

      設(shè)定一個(gè)任意數(shù)字串,數(shù)出這個(gè)數(shù)中的偶數(shù)個(gè)數(shù),奇數(shù)個(gè)數(shù),及這個(gè)數(shù)中所包含的所有位數(shù)的總數(shù),例如:1234567890,偶:數(shù)出該數(shù)數(shù)字中的偶數(shù)個(gè)數(shù),在本例中為2,4,6,8,0,總共有 5 個(gè)。

      奇:數(shù)出該數(shù)數(shù)字中的奇數(shù)個(gè)數(shù),在本例中為1,3,5,7,9,總共有 5 個(gè)。

      總:數(shù)出該數(shù)數(shù)字的總個(gè)數(shù),本例中為 10 個(gè)。

      新數(shù):將答案按 “偶-奇-總” 的位序,排出得到新數(shù)為:5510。重復(fù):將新數(shù)5510按以上算法重復(fù)運(yùn)算,可得到新數(shù):134。重復(fù):將新數(shù)134按以上算法重復(fù)運(yùn)算,可得到新數(shù):123。

      結(jié)論:對(duì)數(shù)1234567890,按上述算法,最后必得出123的結(jié)果,我們可以用計(jì)算機(jī)寫出程序,測(cè)試出對(duì)任意一個(gè)數(shù)經(jīng)有限次重復(fù)后都會(huì)是123。換言之,任何數(shù)的最終結(jié)果都無(wú)法逃逸123黑洞。

      “123數(shù)學(xué)黑洞(西西弗斯串)”現(xiàn)象已由中國(guó)回族學(xué)者秋屏先生于2010年5月18日作出嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明,請(qǐng)看他的論文:《“數(shù)學(xué)黑洞(西西弗斯串)”現(xiàn)象與其證明》。自此,這一令人百思不解的數(shù)學(xué)之謎已被徹底破解。此前,美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)數(shù)學(xué)教授米歇爾〃??讼壬鷥H僅對(duì)這一現(xiàn)象作過(guò)描述介紹,卻未能給出令人滿意的解答和證明。

      2、6174和39

      5前蘇聯(lián)的科普作家高基莫夫在他的著作《數(shù)學(xué)的敏感》一書中,提到了一個(gè)奇妙的四位數(shù)6174,并把它列作“沒(méi)有揭開(kāi)的秘密”。不過(guò),近年來(lái),由于數(shù)學(xué)愛(ài)好者的努力,已經(jīng)開(kāi)始撥開(kāi)濃霧,逐步見(jiàn)天日了。

      6174有什么奇妙之處?

      請(qǐng)隨便寫出一個(gè)四位數(shù),這個(gè)數(shù)的四個(gè)數(shù)字有相同的也不要緊,但不準(zhǔn)這四個(gè)數(shù)完全相同,例如3333、7777等都應(yīng)該排除。

      寫出四位數(shù)后,要把它整理一下,其辦法是:把這個(gè)數(shù)中的各位數(shù)字按大到小的順序和從小到大的順序重新排列,將得到由這四個(gè)數(shù)字組成的四位數(shù)中的最大者和最小者,兩者相減,就得到另一個(gè)四位數(shù)(如果數(shù)位不足,就在前面添0補(bǔ)足四位)。將組成這個(gè)四位數(shù)的四個(gè)數(shù)字施行同樣的變換,又得到一個(gè)最大的數(shù)和最小的數(shù),兩者相減,……這樣循環(huán)下去,一定在經(jīng)過(guò)若干次(最多7次)變換之后,得到6174。

      例如,開(kāi)始時(shí)我們?nèi)?shù)8208,重新排列后最大數(shù)為8820,最小數(shù)為0288,8820-0288=8532;對(duì)8532重復(fù)以上過(guò)程:8532-2358=6174。這里,經(jīng)過(guò)兩步變換就掉入6174這個(gè)“黑洞”里。(這里,0288也得看成一個(gè)四位數(shù)。)再如,我們開(kāi)始取數(shù)2187,按要求進(jìn)行變換:

      8721-1278=7443→7443-3447=3996 →9963-3699=6264→6642-2466=4176 →7641-1467=6174。

      這里,經(jīng)過(guò)五步變換就掉入了“黑洞”—— 6174。

      拿由1、4、6、7這四個(gè)數(shù)字組成的任意四位數(shù)來(lái)說(shuō),都只需一步:7641-1467=6174,就掉入“黑洞”再也出不來(lái)了。

      所有的四位數(shù)都會(huì)掉入6174這個(gè)黑洞,不信者可以取一些數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證之后,你不得不感嘆6174的引力之大。

      由這個(gè)四位數(shù)黑洞我們自然會(huì)想到:是否存在類似的其它位數(shù)的黑洞呢?顯然,存在類似黑洞的前提是,必須有類似6174的數(shù),即這個(gè)數(shù)等于重排它的各個(gè)數(shù)碼的最大數(shù)與最小數(shù)的差。在三位數(shù)中找到了495,你看:954-459=495,得到的仍然是495。

      495這個(gè)黑洞有多大的引力呢?也就是說(shuō)它能把多少個(gè)三位數(shù)吸到這個(gè)黑洞中來(lái)呢?其實(shí),495的吸引力與6174一樣大!它能把除三個(gè)數(shù)碼一樣的三位數(shù)以外的所有三位數(shù)都吸到495這個(gè)黑洞中來(lái),并且最多不超過(guò)6步。如果不信,你可以試試。

      四位數(shù)與三位都找到了具有強(qiáng)大吸引力的黑洞。遺憾的是,人們?cè)趦晌?、五位、六位、七位?shù)、……中竟然找不到類似6174和495這樣的數(shù),自然也就不存在這些數(shù)位的類似的黑洞了。

      3、如來(lái)佛手掌 《西游記》里的孫悟空是一個(gè)神通廣大、本領(lǐng)高超的人物,他能七十二變,還會(huì)騰云駕霧,一個(gè)筋斗可翻出十萬(wàn)八千里外。但不管他怎樣變幻,一蹦有多遠(yuǎn),總還是落在如來(lái)佛的掌心里,難以逃脫。這當(dāng)然只是一個(gè)神話故事。但是,數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn),這樣的現(xiàn)象竟然也會(huì)在數(shù)學(xué)的變幻中出現(xiàn)。

      我們隨便選一個(gè)數(shù),比如選人們認(rèn)為很吉利的數(shù)168吧。如果把這個(gè)數(shù)的每 一位數(shù)字都平方,然后相加,即

      168→1+36+64=101。

      這樣一來(lái),原來(lái)的數(shù)就變?yōu)?01;接下來(lái)將101這個(gè)數(shù)的每一位數(shù)字都平方,并相加,即101→1+0+1=2,……按照這種變換不斷重復(fù),就能得到:

      4→16→37→58→89→145→……

      算著算著,有的讀者也許會(huì)不耐煩起來(lái):“這不是一個(gè)無(wú)底洞嗎?恐怕算到明天也算不完!”不要太性急,只要你耐心地算下去,不要多久,就會(huì)出現(xiàn)奇跡 的。結(jié)果是:

      168→101→2→4→16 →37 →58

      ↑→

      489

      ↑→

      20← 42← 14

      5你看,這些數(shù)字像孫悟空一樣,跌進(jìn)了如來(lái)佛的手掌——旋渦黑洞,再也出 不來(lái)了!

      4.自戀性數(shù)字

      除了0和1自然數(shù)中各位數(shù)字的立方之和與其本身相等的只有153、370、371和407(此四個(gè)數(shù)稱為“水仙花數(shù)”)。例如為使153成為黑洞,我們開(kāi)始時(shí)取任意一個(gè)可被3整除的正整數(shù)。分別將其各位數(shù)字的立方求出,將這些立方相加組成一個(gè)新數(shù)然后重復(fù)這個(gè)程序。

      除了“水仙花數(shù)”外,同理還有四位的“玫瑰花數(shù)”(有:1634、8208、9474)、五位的“五角星數(shù)”(有54748、92727、93084),當(dāng)數(shù)字個(gè)數(shù)大于五位時(shí),這類數(shù)字就叫做“自冪數(shù)”。

      第二篇:數(shù)學(xué)黑洞歷險(xiǎn)記

      數(shù)學(xué)黑洞歷險(xiǎn)記

      江蘇省海門市樹勛中心小學(xué)五(2)班陸蘇皖陳少杰和金戈在“數(shù)學(xué)童話島”完成任務(wù)后,又接到了一個(gè)任務(wù):把在數(shù)學(xué)星球的多洛洛帶回來(lái)。

      陳少杰和金戈聽(tīng)了,立刻坐上飛船,駛向了數(shù)學(xué)星球。

      不料,他們還沒(méi)到達(dá)目的地,就被一個(gè)黑洞吸了進(jìn)去。由于被黑東西進(jìn)去時(shí),飛船轉(zhuǎn)動(dòng)的太快,他們支持不住,暈了過(guò)去。

      當(dāng)他們醒來(lái)時(shí),發(fā)現(xiàn)面前有一塊牌子,上面寫著:歡迎來(lái)到數(shù)學(xué)黑洞,你們必須把里面的三道題全部答對(duì),才能直接到數(shù)學(xué)星球。不然,你們就會(huì)被黑洞的黑能量分解。陳少杰和金戈看了,立刻向前走去。

      第一關(guān)是蘑菇怪,它說(shuō):“四頭牛四天吃四百千克草。請(qǐng)問(wèn):一頭牛一天吃多少千克草?”陳少杰聽(tīng)了,回答道:“這簡(jiǎn)單,只要用400÷4=100千克,再用100÷4=25千克,所以,一只牛一天吃25千克草。”“可惡,你們等著,我一定會(huì)回來(lái)的!”說(shuō)完,蘑菇怪便消失了。

      第二關(guān)是圣光天馬,它說(shuō):“小紅住在八樓(是最高層),樓房第一層3.4米,其他2.8米。請(qǐng)問(wèn):這樓一共有多高?”金戈看了,立刻笑了起來(lái):“哈哈,小兒科嘛!8-1=7層,7×2.8+3.4=23米?!薄安?!這不可能,不??”還沒(méi)說(shuō)完,圣光天馬就消失了。

      終于來(lái)到最后一關(guān)了,譜尼見(jiàn)兩員大將都失敗了,便出了一道題:1、2、3哪個(gè)最大?陳少杰和金戈看了,異口同聲地說(shuō):“論字體1最大,但數(shù)值3最大?!弊V尼聽(tīng)了,只好乖乖放他們出去,陳少杰和金戈把多洛洛接了回去,順利完成了任務(wù)。

      第三篇:奇妙的數(shù)學(xué)

      奇妙的數(shù)學(xué)

      從小到大,我們每個(gè)人都是生活在數(shù)學(xué)的環(huán)境中。出世:檢測(cè)各項(xiàng)健康指標(biāo),量身高,稱體重。幼兒園:數(shù)數(shù),畫三角形、圓、方塊,搭積木,折紙。小學(xué):老師教會(huì)了我們整數(shù)、分?jǐn)?shù)、加減乘除四則運(yùn)算、立 體圖形、平面圖形。中學(xué):老師將會(huì)教你們研究數(shù),研究圖形性質(zhì),判別圖形及 性質(zhì),建立科學(xué)的思維方式。數(shù)學(xué)伴我成長(zhǎng),生活中處處都離不開(kāi)數(shù)學(xué)。

      數(shù)學(xué)是研究現(xiàn)實(shí)世界中數(shù)量關(guān)系和空間形式的科學(xué)。簡(jiǎn)單地說(shuō),就是研究數(shù)和形的科學(xué)。提到數(shù)學(xué),我們有一種感覺(jué),數(shù)學(xué)是自然中最基礎(chǔ)的學(xué)科,它是所有科學(xué)之父,沒(méi)有數(shù)學(xué),就不可能有其他科學(xué)的產(chǎn)生。就人類發(fā)展史而言,數(shù)學(xué)在其中起的作用是巨大的。

      讓我們一起來(lái)感受數(shù)學(xué)的奇妙之處吧:

      (1)123黑洞 在天文學(xué)上有著著名的“黑洞”現(xiàn)象,無(wú)獨(dú)有偶,在數(shù)學(xué)中也有這種神密的黑洞現(xiàn)象,對(duì)于數(shù)學(xué)黑洞,無(wú)論怎樣設(shè)值,在規(guī)定的處理法則下,最終都將得到固定的一個(gè)值,就像宇宙中的黑洞可以將任何物質(zhì)(包括運(yùn)行速度最快的光)牢牢吸住,不使它們逃脫一樣。我們選取任意一個(gè)數(shù)字串,例如9288759,數(shù)出這個(gè)數(shù)中的偶數(shù)個(gè)數(shù)、奇數(shù)個(gè)數(shù),及這個(gè)數(shù)中所包含的所有位數(shù)的總數(shù),你可以分別得到3(3個(gè)偶數(shù))、4(4個(gè)奇數(shù))和7(總共有7位數(shù))。用這3個(gè)數(shù)字組成一個(gè)數(shù)字串:347。對(duì)347重復(fù)上述過(guò)程,你得到1、2、3,即又得到一個(gè)數(shù)字串:123.對(duì)123再重復(fù)這個(gè)過(guò)程,你還是得到123。對(duì)這個(gè)程序以及數(shù)的“宇宙”來(lái)說(shuō),123就是一個(gè)數(shù)字黑洞。每一個(gè)數(shù)按照這個(gè)程序最后都得到123嗎?用一個(gè)真正大的數(shù)試試看.例如*********,這個(gè)數(shù)中的偶數(shù)、奇數(shù)及全部位數(shù)的個(gè)數(shù)分別為20、25和45.將這三個(gè)數(shù)組成數(shù)字串:202545,對(duì)202545重復(fù)這個(gè)過(guò)程得到4、2和6,于是,又得到數(shù)字串:426.再次重復(fù)這個(gè)程序從中得到303,最后一次得到123。數(shù)字黑洞有兩處重要的特征:第一,一旦你得到123,你就再也出不去了;第二,每一個(gè)受到黑洞之力作用的因素最終都被拉進(jìn)了黑洞。對(duì)任何一個(gè)數(shù)字串反復(fù)運(yùn)用這個(gè)程序,你最后都將得到123。第二個(gè)特征將你吸引進(jìn)去,第一個(gè)特征則使你陷入洞中無(wú)法逃脫.不信,你試一試!

      (2)神秘的“陷阱數(shù)“。隨便選一個(gè)四位數(shù),如1628.先把組成1628的四個(gè)數(shù)字由大到小重新排列得到 8621,再把1628的四個(gè)數(shù)字由小到大排列得到1268,用大數(shù)的減小數(shù),即8621-1268 = 7353;把7353按上面的辦法重復(fù)一遍,由大到小排列得到7533,由小到大排列得到3357,則7533-3357 = 4176。把4176再重復(fù)一遍:7641-1467 = 6174。如果再往下做,奇跡就出現(xiàn)啦!7641-1467 = 6174。這是偶然的嗎?我們隨便舉一個(gè)數(shù),比如 2005,按上面的方法去做。

      5200-(00)25 = 5175 ;7551-1557 = 5994;9954-4599 = 5355;5553-3555 = 1998;9981-1899= 8082;8820-(0)288 = 8532;8532-2358 =6174.好啦!6174的“幽靈”又出現(xiàn)了

      在生活中,也能在很多地方感受到數(shù)學(xué)的美妙之處。比如報(bào)幕員在舞臺(tái)寬度的0.618處能達(dá)到最佳報(bào)幕效果。高清晰度電視的屏幕要設(shè)計(jì)成16:9。人的形體是個(gè)完美的黃金分割比,肚臍剛好就是整個(gè)人體的黃金分割點(diǎn),喉頭剛好是頭頂?shù)蕉?臍的黃金分割點(diǎn),膝關(guān)節(jié)是肚臍到腳的黃金分割點(diǎn),肘關(guān)節(jié)是手指到肩部的黃金分割點(diǎn)。人的正常體溫是37.5度,37.5 × 0.618=23.175,在大熱天,空調(diào)開(kāi)到這個(gè)溫度是最佳的。

      數(shù)學(xué)是一個(gè)很奇妙的學(xué)科,只要我們用心去學(xué),一定能感受到他的美妙。

      第四篇:黑洞觀后感

      黑洞觀后感

      姓名:扎旺班級(jí):金融3班

      黑洞這個(gè)概念在我高中時(shí)期就曾聽(tīng)過(guò),一直對(duì)此充滿了興趣,但是一直都沒(méi)有機(jī)會(huì)涉獵。直到讀大學(xué)在馬克思主義基本原理概論課上,我才真正的和黑洞有了一次親密接觸。當(dāng)時(shí)的我十分激動(dòng),充滿著小小的期待與迷惑。

      在看這部影片的時(shí)候,我不禁想到了牛頓這個(gè)物理學(xué)上的巨人,在他晚年的時(shí)候,牛頓開(kāi)始致力于對(duì)神學(xué)的研究。他否定哲學(xué)的指導(dǎo)作用,虔誠(chéng)地相信上帝,埋頭于寫以神學(xué)為題材的著作。當(dāng)他遇到難以解釋的天體運(yùn)動(dòng)時(shí)竟提出了“神的第一推動(dòng)力”的謬論。他說(shuō)“上帝統(tǒng)治萬(wàn)物我們是他的仆人而敬畏他、崇拜他”

      黑洞是一個(gè)密度極大的點(diǎn),有著極強(qiáng)的重力和吸引力,以至于光線都無(wú)法穿越。那么黑洞是怎么形成的呢?這得追溯到宇宙大爆炸。黑洞的產(chǎn)生類似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程某一個(gè)恒星在準(zhǔn)備滅亡時(shí),核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過(guò)程立即停止,被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星體,同時(shí)也壓縮了內(nèi)部的空間和時(shí)間。但在黑洞情況下,由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過(guò)程無(wú)休止地進(jìn)行下去,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來(lái)的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的力量,使得任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去。黑洞開(kāi)始吞噬恒星的外殼,但黑洞并不能吞噬如此多的物質(zhì),黑洞會(huì)釋放一部分物質(zhì),射出兩道純能量——γ射線。

      1960年8月貝克林首先發(fā)現(xiàn)了銀河系的中心,這讓人們對(duì)黑洞的存在抱有極大的疑惑。他們發(fā)現(xiàn)在距離銀河系的中心—黑洞越近星系運(yùn)行的速度越快。也就是說(shuō):離黑洞越近引力就越大,當(dāng)完全接近這一點(diǎn)時(shí)所有的物質(zhì)將會(huì)無(wú)法逃逸直至被撕碎。這是因?yàn)楹阈堑臅r(shí)空扭曲改變了光的路徑。光在恒表面附近稍微向內(nèi)偏折,當(dāng)該恒星向內(nèi)坍塌時(shí),其質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲變得很強(qiáng),光線向內(nèi)偏折得也更強(qiáng),從而使得光線從恒星逃逸變得更為困難。對(duì)于在遠(yuǎn)處的觀察者而言,光線變得更黯淡更紅。最后,當(dāng)這恒星收縮到某一臨界半徑(史瓦西)時(shí),其質(zhì)量導(dǎo)致時(shí)空扭曲變得如此之強(qiáng),使得光向內(nèi)偏折得這么也如此之強(qiáng),以至于光線再也逃逸不出去。這樣,如果光都逃逸不出來(lái),其他東西更不可能逃逸,都會(huì)被拉回去。也就是說(shuō),存在一個(gè)事件的集合或時(shí)空區(qū)域,光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者。目前科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了迄今為止最大的黑洞,它的質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的100億倍,他們距離地球2.7億光年。大質(zhì)量黑洞還在成長(zhǎng)。出現(xiàn)在宇宙年齡僅為12億年時(shí)的活躍黑洞,其質(zhì)量要比稍后出現(xiàn)的大部分大質(zhì)量黑洞質(zhì)量小十倍??茖W(xué)家對(duì)黑洞的成長(zhǎng)速度進(jìn)行了估算。該研究小組發(fā)現(xiàn),那些最古

      老的黑洞,即那些在宇宙年齡僅為數(shù)億年時(shí)便開(kāi)始進(jìn)入全面成長(zhǎng)期的黑洞,它們的質(zhì)量?jī)H為太陽(yáng)的100到1000倍。研究人員認(rèn)為這些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恒星有關(guān)。

      科學(xué)家的這一系列研究發(fā)現(xiàn)無(wú)疑給后來(lái)者做了很好的鋪墊。作為后來(lái)者我們更應(yīng)該努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí),培養(yǎng)良好的科學(xué)興趣,為人類對(duì)世界的研究盡自己的綿薄之力。我們更應(yīng)該對(duì)前期科學(xué)家的研究持有懷疑的態(tài)度,取其精華,棄其糟粕。以促進(jìn)科學(xué)事業(yè)的再發(fā)展。

      作為當(dāng)代大學(xué)生的我們,更應(yīng)該努力學(xué)習(xí)和運(yùn)用馬克思主義。努力學(xué)習(xí)馬克思主義基本原理是大學(xué)生個(gè)人成長(zhǎng)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的客觀需要,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。更不能像牛頓晚年那樣,竟然用神學(xué)的觀點(diǎn)去解釋自然現(xiàn)象。要堅(jiān)持馬克思主義,堅(jiān)持唯物主義和無(wú)神論的觀點(diǎn),用馬克思主義武裝自己,確定馬克思主義的堅(jiān)定信念,才能使人辨明事理,發(fā)揮其導(dǎo)向作用,我想這才是我們學(xué)習(xí)這門課程的真正意義所在

      第五篇:《黑洞》論文

      論黑洞

      摘要:黑洞(Black

      hole)是現(xiàn)代廣義相對(duì)論中,宇宙空間內(nèi)存在的一種密度無(wú)限大,體積無(wú)限小的天體,所有的物理定理遇到黑洞都會(huì)失效。

      黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后,發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。黑洞的質(zhì)量極其巨大,而體積卻十分微小,它產(chǎn)生的引力場(chǎng)極為強(qiáng)勁,以至于任何物質(zhì)和輻射在進(jìn)入到黑洞的一個(gè)事件視界(臨界點(diǎn))內(nèi),便再無(wú)法逃脫,甚至目前已知的傳播速度最快的光(電磁波)也逃逸不出。

      黑洞無(wú)法直接觀測(cè),但可以借由間接方式得知其存在與質(zhì)量,并且觀測(cè)到它對(duì)其他事物的影響。借由物體被吸入之前的因高熱而放出紫外線和X射線的“邊緣訊息”,可以獲取黑洞存在的訊息。并且,我們可以根據(jù)史瓦西半徑,可計(jì)算出一個(gè)天體要維持形態(tài)的最小半徑,根據(jù)黑洞的半徑可反推算其質(zhì)量。

      一、黑洞的物質(zhì)介紹

      “黑洞”這個(gè)名字,總是令人遐想聯(lián)翩。那么,究竟什么是“黑洞”呢?

      這個(gè)名字的第一個(gè)字“黑”,表明它不會(huì)向外界發(fā)射或反射任何光線,也不會(huì)發(fā)射或反射其他形式的電磁波——無(wú)論是波長(zhǎng)最長(zhǎng)的無(wú)線電波還是波長(zhǎng)最短的γ射線。因此人們無(wú)法看見(jiàn)它,它絕對(duì)是“黑”的。第二個(gè)字“洞”,說(shuō)的是任何東西只要一進(jìn)入它的邊界,就休想再溜出去了,它活像一個(gè)真正的“無(wú)底洞”。[3]

      也許有人會(huì)想:假如我用一只超級(jí)巨大的探照燈對(duì)準(zhǔn)黑洞照過(guò)去,像照妖鏡照住“妖怪”那樣,黑洞不就“現(xiàn)原形”了嗎?錯(cuò)了!射向黑洞的光無(wú)論有多強(qiáng),都會(huì)被黑洞全部“吞噬”,不會(huì)有一點(diǎn)反射。這個(gè)“無(wú)底洞”,照樣還是那么“黑”。把這種奇特的天體稱為“黑洞”,真是太妙了。黑洞并不是科學(xué)家在一夜之間突然想到的。早在1798年,法國(guó)科學(xué)家拉普拉斯就根據(jù)牛頓建立的力學(xué)理論推測(cè):“一個(gè)直徑像地球、密度為太陽(yáng)250倍的發(fā)光恒星,在其引力作用下,將不允許它的任何光線到達(dá)我們這里。”

      這話是什么意思呢?我們不妨先從宇宙飛船說(shuō)起。宇宙飛船要擺脫地球的引力進(jìn)入行星際空間,速度至少要達(dá)到11.2千米/秒,否則它就永遠(yuǎn)逃不出地球引力的控制。這11.2千米/秒的速度,就是任何物體從地球引力場(chǎng)中“逃逸”出去所需的最低速度,稱為地球的“逃逸速度”。太陽(yáng)的引力比地球引力強(qiáng)大得多,因此太陽(yáng)的逃逸速度也要比地球的大得多,為618千米/秒。再進(jìn)一步,要是一個(gè)天體的逃逸速度達(dá)到了光速,那么就連光線也不可能從它那里逃逸出去了。這樣的天體就是黑洞,拉普拉斯所說(shuō)的那個(gè)恒星便是生動(dòng)的一例。光是宇宙間跑得最快的東西,既然連光都逃不出黑洞,那么其他一切東西也就休想逃出去了。

      隨著科學(xué)的發(fā)展,人們對(duì)黑洞的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越深入。如今,關(guān)于黑洞的更準(zhǔn)確的說(shuō)法是:“黑洞是廣義相對(duì)論預(yù)言的一種特殊天體。它的基本特征是有一個(gè)封閉的邊界,稱為黑洞的‘視界’;外界的物質(zhì)和輻射可以進(jìn)入視界,視界內(nèi)的東西卻不能逃逸到外面去?!闭?yàn)楹诙慈绱恕爸贿M(jìn)不出、貪得無(wú)厭”,所以才有了一個(gè)不雅的外號(hào):“太空中最自私的怪物”。

      不過(guò),事情也不是那么簡(jiǎn)單。出乎人們意料,黑洞這個(gè)“怪物”,有時(shí)候竟然還十分“慷慨”。這又是怎么一回事呢?原來(lái),在20世紀(jì)70年代,英國(guó)科學(xué)家霍金等人以量子力學(xué)為基礎(chǔ),對(duì)黑洞作了更縝密的考察,結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑洞會(huì)像“蒸發(fā)”那樣穩(wěn)定地往外發(fā)射粒子??紤]到這種“蒸發(fā)”,黑洞就不再是絕對(duì)“黑”的了?;艚疬€證明,每個(gè)黑洞都有一定的溫度,而且質(zhì)量越小的黑洞溫度就越高,質(zhì)量越大的黑洞,其溫度反而越低。大黑洞的溫度很低,蒸發(fā)也很微弱;小黑洞的溫度很高,蒸發(fā)也很猛烈,類似劇烈的爆發(fā)。一個(gè)質(zhì)量像太陽(yáng)那么大的黑洞,大約需要一年才能蒸發(fā)殆盡;但是質(zhì)量和一顆小行星相當(dāng)?shù)男『诙?,竟然?huì)在一秒鐘內(nèi)就蒸發(fā)得干干凈凈!

      二、黑洞的形成根據(jù)廣義相對(duì)論,引力場(chǎng)將使時(shí)空彎曲。當(dāng)恒星的體積很大時(shí),它的引力場(chǎng)對(duì)時(shí)空幾乎沒(méi)什么影響,從恒星表面上某一點(diǎn)發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小,它對(duì)周圍的時(shí)空彎曲作用就越大,朝某些角度發(fā)出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。

      等恒星的半徑小到一特定值(天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”)時(shí),就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時(shí),恒星就變成了黑洞。說(shuō)它“黑”,是指它就像宇宙中的無(wú)底洞,任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去,“似乎”就再不能逃出。實(shí)際上黑洞真正是“隱形”的,當(dāng)一顆恒星衰老時(shí),它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫),由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣,它再也沒(méi)有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開(kāi)始坍縮,直到最后形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。

      三、光被吸收的原因

      光的發(fā)展可以分為幾個(gè)時(shí)期,萌芽時(shí)期、幾何光學(xué)時(shí)期、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期、量子光學(xué)時(shí)期以及現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期。

      17世紀(jì),意大利格里馬第首先得到光的衍射現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)點(diǎn)光源的情況下,一根直桿的影子比假設(shè)光沿直線傳播應(yīng)有的寬度稍微大一點(diǎn),也就是說(shuō)光不嚴(yán)格安智賢傳播,而會(huì)繞過(guò)障礙物前進(jìn)。接著1672-165年間胡克也觀察到衍射現(xiàn)象。并且和玻意耳獨(dú)立研究了薄膜產(chǎn)生的彩色干涉條紋。這些都是光的波動(dòng)性的萌芽。

      在1801年楊氏通過(guò)著名的“楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)”滿意地揭示了白光下薄膜顏色的由來(lái)。還第一次測(cè)定了光的波長(zhǎng)。1815年菲尼耳補(bǔ)充了惠更斯原理。形成了人們熟知的惠更斯-菲尼耳原理,運(yùn)用這個(gè)原理不僅僅能圓滿地解釋光在均勻的各向同性的介質(zhì)中直線傳播,還能解釋光通過(guò)障礙物時(shí)發(fā)生的衍射現(xiàn)象。因此,它成為了波動(dòng)光學(xué)的一個(gè)重要原理。

      1900年普克郎引進(jìn)量子概念后,解決了波動(dòng)理論不能解釋的黑體輻射問(wèn)題,并且得到了黑體輻射公式。他的理論開(kāi)始突破經(jīng)典物理在圍觀的束縛。打開(kāi)了認(rèn)識(shí)光的微粒性的途徑。第一個(gè)完全肯定光除了波動(dòng)性還有粒子性的是愛(ài)因斯坦在1905年發(fā)表的論文中。指出電磁輻射不僅被發(fā)射和吸收是以能量的微粒的形式出現(xiàn)而且以是速度c在空間當(dāng)中運(yùn)動(dòng)。即光以微粒的形式存在。因此,即使是光,也無(wú)法逃逸出黑洞。

      四、黑洞的觀測(cè)

      黑洞的確無(wú)法觀測(cè)到,但是黑洞引力產(chǎn)生的現(xiàn)象卻可以被科學(xué)家觀測(cè)到:(1)雙星吸積,即黑洞對(duì)周圍恒星的吸積現(xiàn)象是可以被觀測(cè)的.(2)黑洞接近無(wú)限大的引力可以某恒星的光線彎曲很厲害產(chǎn)生的引力透鏡讓我們看到恒星的全貌,即使該恒星背面我們沒(méi)有黑洞幫忙是永遠(yuǎn)也看不到的.(3)黑洞吸積物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)大的X射線暴.我們的科學(xué)家就是通過(guò)這些現(xiàn)象再加以計(jì)算推斷就知道是不是黑洞了.許多黑洞的四周都環(huán)繞著一些天體,通過(guò)觀察這些天體的行為,可以推斷出黑洞的存在。然后,使用所猜測(cè)黑洞四周的天體運(yùn)動(dòng)測(cè)量值便可以計(jì)算黑洞質(zhì)量。

      您要尋找的就是那些運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)似乎受到周圍巨大質(zhì)量影響的星體或氣盤。例如,倘若某個(gè)可見(jiàn)星體或氣盤在不穩(wěn)定地運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn),但又找不到附近有導(dǎo)致這種運(yùn)動(dòng)的可見(jiàn)原因。并且這種不明因素產(chǎn)生了某種效應(yīng),而這種效應(yīng)似乎是由質(zhì)量比太陽(yáng)大三倍的天體(由于質(zhì)量太大而不可能是中子星)造成的。那么,這種運(yùn)動(dòng)就有可能是黑洞導(dǎo)致的。然后,可以通過(guò)觀測(cè)黑洞對(duì)可見(jiàn)天體產(chǎn)生的效應(yīng)來(lái)估算黑洞質(zhì)量。

      例如,在星系NGC

      4261的核心,有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的棕色螺旋形吸積盤。該吸積盤的大小與太陽(yáng)系相當(dāng),但重量是太陽(yáng)的12億倍。既然存在質(zhì)量如此巨大的吸積盤,就暗示著它的內(nèi)部可能有一個(gè)黑洞。

      五、黑洞質(zhì)量的計(jì)算

      根根據(jù)史瓦西半徑,可計(jì)算出一個(gè)天體要維持形態(tài)的最小半徑,根據(jù)黑洞的半徑可反推算其質(zhì)量,Rs=2Gm/c^2

      推導(dǎo)過(guò)程:

      F=GmM/r^2

      得知

      r

      越小

      則F越大

      而引力F

      正比于

      物體吸引落下速度V

      且速度V最大值為c

      求星體半徑臨界直(V=c之

      r

      臨界直)

      ;

      即史瓦西半徑

      F=ma=mg

      GMm/r^2

      =

      mg

      g

      =

      GM/r^2

      由固定重力場(chǎng)位能得非固定重力場(chǎng)位能公式

      a.將

      E=mgh

      代換成E=GMmh/r^2

      h=r

      E=GMm/r

      表位能

      b.列受星體吸引物質(zhì)之速度與位能對(duì)應(yīng)式

      求得臨界半徑r(史瓦西半徑)

      1/2

      mv^2

      =

      GMm/r

      洛倫茲

      變換

      1/2

      mv^2/√(1-v^2/c^2)=

      GMm/r√(1-v^2/c^2)

      得到r

      =

      2GM/V^2

      當(dāng)v=c

      求r之臨界直

      則全式可得

      Rs

      =

      2GM/c^2

      ;

      Rs為史瓦西半徑

      ;

      左為史瓦西半徑公式

      (G為引力常數(shù)

      M為恒星質(zhì)量

      c為光速)

      如果僅從史瓦西半徑

      看,所有半徑尺度和質(zhì)量大小的黑洞的存在都是可能的參考文獻(xiàn):

      《光學(xué)教程》姚啟鈞著

      《時(shí)間簡(jiǎn)史》霍金著

      《果殼中的宇宙》霍金著

      《廣義相對(duì)論》愛(ài)因斯坦著

      END

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