作业帮什么是超新星?脉冲星?白矮星?中子星?红巨星?黑洞?迷惑啊.
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/19 05:59:57
什么是超新星?脉冲星?白矮星?中子星?红巨星?黑洞?迷惑啊.
什么是超新星?脉冲星?白矮星?中子星?红巨星?黑洞?
迷惑啊.
什么是超新星?脉冲星?白矮星?中子星?红巨星?黑洞?迷惑啊.
黑洞结构介绍
恒星的质量,用M⊙作为单位,代表是太阳质量的多少倍.如果一个恒星的质量小于等于10-3M⊙,那么恒星就表现为行星的样子,其中静电力为主导,恒星不会塌缩,在自己的燃料都消耗完后,成为一个真正意义上的行星.如果质量比10-3M⊙大,但是没有超过钱德拉塞卡极限：14 M⊙,那么引力就占主导,而且恒星在它的晚年成为一个白矮星,继续消耗着自己的燃料.当燃料也消耗光了,那么白矮星就结晶为一个黑矮星,继续存在着,做几乎完全的刚体运动.质量比1.4 M⊙大的恒星的命运就比较坎坷了.如果在在晚年爆发为红巨星的时候,将过多的物质喷射出去,那么它将进入白矮星坟墓.如果喷射的物质不够多,那么就会在爆发为红巨星后,迅速塌缩为一个白矮星,然后在极其短的时间内继续塌缩下去,冲破电子简并压的极限,终结在中子星的坟墓中.中子星比白矮星更加致密,也更加接近刚体.如果质量比2 M⊙大许多,在爆发的时候喷射掉物质后的质量仍然比2 M⊙大,那么它将成为一个黑洞.
在白矮星和中子星系列中,原本恒星的电磁场的能量将保持不变,同时由于表面积的缩小,磁力线会被挤压在一个十分小范围中,从而增加了磁场的强度.脉冲星和超新星就是中子星和中子星和喷射出的物质的残留.
但是到了黑洞范围中,情况就不一样了.
在中子星和白矮星中,磁力线还是存在的,但是在黑洞内部,不存在磁力线.所有的磁力线都被束缚在了视界上（膜规范）.不单单是磁力线,连恒星原本的电荷都是类似电子一样完全均匀地分布在整个视界上的.向外发射的磁力线在黑洞没有旋转的时候,和电子周围的电磁场分布一样,完全球对称.在黑洞旋转的时候,由于视界成为了椭球,因而发生了相应的形变.但是整体上,黑洞和基本粒子的电磁场分布几乎完全一样.
黑洞的视界周长与黑洞的质量成正比关系： ,这里用周长而不用物体到黑洞中心的距离,是因为如果黑洞存在,那么在黑洞周围的时空必定已经被黑洞的引力拉成了非欧几里德的,而是黎曼的了.因而距离的概念已经没有了必要,视界周长和轨道的周长取而代之,用来描述黎曼时空几何的弯曲程度.由于这里的时空是弯曲的,因此牛顿的万有引力定律已经失效了,取而代之的是爱因斯坦的场方程.我们这里仅仅使用其中的结果：
从这个公式,我们可以得到一个描述潮汐力（就是物体在相对接近和远离的两个部位受到的引力的差）的公式： ,其中的l就是这两个部位之间的距离.
从这个公式,我们又可以知道什么呢?我们知道的是,当物体接近视界时,物体所受到的潮汐力反比于黑洞质量的平方!也就是说,黑洞越重,那么它的潮汐力越柔和!但是必须注意的是：我们这里说的潮汐力,而不是引力.潮汐力是引力引起的物体两端的引力差.无论什么黑洞,他的引力是保持巨大无比不会变的,变的是引力的变化率,以及这个变化率引起的潮汐力.
这里说的是黑洞的外部,现在来看看黑洞的内部.
在黑洞的内部,是量子理论的天下,相对论仅仅指明了一个模糊的方向,而具体潮汐力、引力如何,是量子理论决定的.
在这里,奇点的混沌效应使得一切计算都是徒劳的,我们不可能知道潮汐力在什么方向上以多大的力是拉还是压一个物体.我们可以做的,仅仅是说明一下,质量越大的黑洞,内部的量子效应越柔和；距离奇点越远,你受到的平均潮汐力越柔和.至于细节,我们无能为力.
但是也不是什么都不能说.
我们通过概率的计算,可以知道,在奇点周围,视界内的空间,随机的潮汐力总在三个方向上不断交替地、比较有周期地来回拉扯、挤压着物体.这种力在离奇点越近的地方越显著.在奇点这个位置,这种潮汐力的强度、变化周期都达到了无限大,物体被完全撕裂了.
理论上,我们可以在一个质量十分大的黑洞中,十分舒服的来到距离奇点一个特定的范围,期间,从你落入黑洞到达到这个位置,可能需要数十年的时间,需要的时间与黑洞质量的平方成反比.
当然,即使是这样,物体在接近奇点,到达奇点周围的量子效应区域以后,还是会被奇点的量子效应摧毁.但是无论黑洞的质量如何,奇点的量子效应的强度是不会变的,因为奇点的“质量”是不变的.黑洞的质量在黑洞形成的同时,其实已经被黑洞的奇点销毁了,但是由于引力的非线形效应,引力场的能量又形成了引力场,从而使得引力场在黑洞内部不断叠加,因而使得黑洞被维持着没有爆裂.由于一切引力效应来自引力的非线形,而黑洞的质量的贡献仅仅是决定了这种非线形的程度,因而在奇点周围的量子效应的时空其实在任何质量的的黑洞内部都是一样的.
奇点的量子效应,使得物体在到达奇点前先被越来越大的量子效应完全撕成了小个体（大小由量子混沌潮汐力效应的强度决定）,然后,一般在达到奇点以前就已经整个被奇点的混沌潮汐力摧毁,成为了基本粒子.这些基本粒子如夸克这样被强核力牢牢束缚着的基本粒子才可能熬到直接面临奇点的时候,但是即使是强力,在巨大引力效应和量子混沌效应的作用下,还是难逃被支解的命运,成为了纯粹的物质弦.随后可能通过史瓦西喉被抛到了外部空间,可能成为后来量子蒸发的材料,可能形成了子宇宙,可能在奇点周围不断游荡,可能成为了纯粹的能量,以潮汐力的形式继续存在,可能成为了纯能量以引力波的形式辐射掉,可能……总之,形成黑洞的恒星被所形成的黑洞摧毁了,不在对黑洞的引力提供任何贡献了.黑洞中引力的来源,在奇点形成以后,主要就是来自于引力的非线形结构.这个会在下文介绍相对论的时候介绍到引力的非线形,在介绍到量子理论的时候介绍到引力子的自作用.
当然,这个是量子引力——弯曲时空的量子场定律——所给的黑洞内部的描写,但不是最终描写.物体在达到黑洞的时候可能会得到转机,可能在黑洞内部真的存在史瓦西喉——虫洞；也许在你达到黑洞以前就会在一个转动黑洞周围被撕裂的空间吸走；也许你在达到奇点时,会进入一个子宇宙,在时空组中荡漾……