浅谈黑洞的引力问题_第1页
浅谈黑洞的引力问题_第2页
浅谈黑洞的引力问题_第3页
全文预览已结束

下载本文档

版权说明：本文档由用户提供并上传，收益归属内容提供方，若内容存在侵权，请进行举报或认领

文档简介

浅谈黑洞的引力问题乌镇中学徐政龙(Email:zhl-xu@126.com,xzhl6009@)黑洞这部分内容是我国高中物理课本的阅读材料。不论国内国外，凡是中学科学、物理课本都介绍这方面的知识。作为阅读材料编入课本，让学生了解天文、天体物理、宇宙学方面的知识是非常必要的。但是编一个计算题，让学生计算有关物理量，或推导表达式，在中学里是不行的，至少可以说，在高一阶段是不行的。但许多测验试卷都有此类题。1．关于一个习题的错误解高一课本介绍了黑洞的基本理论，其基本概念是：“设想，一个天体，如果质量非常大，半径非常小，则其逃离速度有可能超过光速，即（A）爱因斯坦相对论指出，任何物体的速度都不可能超过光速。由此可推断，对这种天体来说，任何物体都不能脱离它的束缚，甚至连光都不能射出。这种天体就是我们常听到的黑洞。”由课本的这段内容，常有人出这样的题：已知有一个黑洞，质量为M，那么，它的半径有多少。（或类似于这样的习题）。不论是学生还是教师，似乎都容易解出此题。根据上述公式，答案就是（B）然而，这个答案是十分错误的。它只可用来估算黑洞的数量级，不是正确答案。为什么？2．关于习题的正确解上述解的错误很明显，但如果是第一次遇到此题，就常常犯上述错误。原因是，上述解答过程中忽略了相对论效应。既然速度要达到光速，为什么不考虑相对论效应呢？下面分别试用狭义相对论和广义相对论来解决此问题。解法（1）：宏观物体的狭义相对论解。设物体的静质量为，则静质能为=，质能为E=。当物体在黑洞表面运动时，其总质能为质能和引力势能，即=.而逃离黑洞表面到达无限远处，物体的能量只有静质能，既。根据能量守恒定律有（1）化简得， （2）此方程为任意逃逸速度V时的方程,如果逃逸速度恰好是光速,设，黑洞的临界半径为,则有（3）解法（2）：光子的引力红移—广义相对论解。设在黑洞表面发射一个光子，频率为，则对应的能量为，对应的引力质量为，势能为，在黑洞表面，光子的总能量为（4）当光子传播到离黑洞距离为处时，光子的频率变为，对应的能量为，势能为，跟上式同样的推理，有光子的总能量为（5）由于能量守恒，联立（4）和（5），解之得到（6）这就是广义相对论的引力红移公式。只要，就有。特别地，当时，，这是黑洞满足的条件，即光子逃不脱引力的束缚。设为黑洞的临界半径，解（6）得（7）跟用狭义相对论的解一致。但跟答案（B）有2倍之别，原因何在？（3）分析经典力学解如果同样用能量解法，但用经典力学求解，物体的在黑洞表面的动能，势能为，机械能为，当物体逃逸到无穷远处时，恰好机械能为0。则有（8）解之得（9）这就是逃逸速度，即第二宇宙速度。为满足黑洞条件，如果认为逃逸速度达到光速，可以令，则实际上是认为，当物体的运动速度趋于光速时，物体的动能。这是没有学过相对论的人必然得到的错误结论。4．结论解黑洞问题的习题时，必须考虑相对论效应，否则

人人文库> 全部分类> 应用文书 > 作业报告

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

最新文档

评论

0/150

提交评论