白矮星
白矮星（white dwarf），也稱為簡并矮星，是由電子簡并物質(zhì)構(gòu)成的小恒星。它們的密度極高，一顆 質(zhì)量與太陽相當(dāng)?shù)陌装求w積只有地球一般的大小，微弱的光度則來自過去儲存的熱能。在太陽附近的區(qū)域內(nèi)已知的恒星中大約有6%是白矮星。這種異常微弱的白矮星大約在1910年就被亨利·諾利斯·羅素、愛德華·皮克林和威廉·佛萊明等人注意到，白矮星的名字是威廉·魯伊登在1922年取的。
白矮星被認(rèn)為是低質(zhì)量恒星演化階段的最終產(chǎn)物，在我們所屬的星系內(nèi)97%的恒星都屬于這一類中低質(zhì)量的恒星在渡過生命期的主序星階段，結(jié)束以氫融合反應(yīng)之后，將在核心進(jìn)行氦融合，將氦燃燒成碳和氧的3氦過程，并膨脹成為一顆紅巨星。如果紅巨星沒有足夠的質(zhì)量產(chǎn)生能夠讓碳燃燒的更高溫度，碳和氧就會在核心堆積起來。在散發(fā)出外面數(shù)層的氣體成為行星狀星云之后，留下來的只有核心的部份，這個殘骸最終將成為白矮星。因此，白矮星通常都由碳和氧組成。但也有可能核心的溫度可以達(dá)到燃燒碳卻仍不足以燃燒氖的高溫，這時就能形成核心由氧、氖和鎂組成的白矮星。同樣的，有些由氦 組成的白矮星是由聯(lián)星的質(zhì)量損失造成的。
白矮星的內(nèi)部不再有物質(zhì)進(jìn)行核融合反應(yīng)，因此恒星不再有能量產(chǎn)生，也不再由核融合的熱來抵抗重力崩潰；它是由極端高密度的物質(zhì)產(chǎn)生的電子簡并壓力來支撐。物理學(xué)上，對一顆沒有自轉(zhuǎn)的白矮星，電子簡并壓力能夠支撐的最大質(zhì)量是1.4倍太陽質(zhì)量，也就是錢德拉塞卡極限。許多碳氧白矮星的質(zhì)量都接近這個極限的質(zhì)量，通常經(jīng)由伴星的質(zhì)量傳遞，可能經(jīng)由所知道的碳引爆過程爆炸成為一顆Ia超新星。
白矮星形成時的溫度非常高，目前發(fā)現(xiàn)最高溫的白矮星是行星狀星云NGC 2240中心的HD62166，表面溫度約200000K，但是因為沒有能量的來源，因此將會逐漸釋放它的熱量并解逐漸變冷 (溫度降低)，這意味著它的輻射會從最初的高色溫隨著時間逐漸減小并且轉(zhuǎn)變成紅色。經(jīng)過漫長的時間，白矮星的溫度將冷卻到光度不再能被看見，而成為冷的黑矮星。但是，現(xiàn)在的宇宙仍然太年輕 (大約137億歲)，即使是最年老的白矮星依然輻射出數(shù)千度K的溫度，還不可能有黑矮星的存在 。
白矮星將相當(dāng)于太陽的質(zhì)量封裝在只有太陽的百萬分之一，與地球相似的體積內(nèi)，因此白矮星的平均密度大約是太陽密度的百萬倍，幾乎是106公克 (1噸) / 立方厘米。白矮星是所知天體中密度最大的之一，只有其他的致密天體，像是中子星、黑洞和假設(shè)可能存在的夸克星能超越它。
白矮星是中低質(zhì)量的恒星的演化路線的終點。在紅巨星階段的末期，恒星的中心會因為溫度、壓力不足或者核融合達(dá)到鐵階段而停止產(chǎn)生能量（產(chǎn)生比鐵還重的元素不能產(chǎn)生能量，而需要吸收能量）。恒星外殼的重力會壓縮恒星產(chǎn)生一個高密度的天體。
一個典型的穩(wěn)定獨立白矮星具有大約半個太陽質(zhì)量，比地球略大。這種密度僅次于中子星和夸克星。如果白矮星的質(zhì)量超過1.4倍太陽質(zhì)量，那么原子核之間的電荷斥力不足以對抗重力，電子會被壓入原子核而形成中子星。
大部分恒星演化過程都包含白矮星階段。由于很多恒星會通過新星或者超新星爆發(fā)將外殼拋出，一些質(zhì)量略大的恒星也可能最終演化成白矮星。
雙星或者多星系統(tǒng)中，由于恒星質(zhì)量（物質(zhì)）的交換，恒星的演化過程與單獨的恒星不同，例如天狼星的伴星就是一顆年老的大約一個太陽質(zhì)量的白矮星，但是天狼星是一顆大約2.3個太陽質(zhì)量的主序星。
附1：紅矮星，也就是M型主序星（MV），根據(jù)赫羅圖，“紅矮星”在眾多處于主序階段的恒星當(dāng)中，其大小及溫度均相對較小和低，在光譜分類方面屬于M型。它們在恒星中的數(shù)量較多，大多數(shù)紅矮星的直徑及質(zhì)量均低于太陽的三分一，表面溫度也低于3,500 K。釋出的光也比太陽弱得多，有時更可低于太陽光度的萬分之一。又由于內(nèi)部的氫元素核聚變的速度緩慢，因此它們也擁有較長的壽命。紅矮星的內(nèi)部引力根本不足把氦元素聚合，也因此紅矮星不可能膨脹成紅巨星，而逐步收縮，直至氫氣耗盡。
此外人們又發(fā)現(xiàn)，不含“金屬”的紅矮星只占很少（在天文學(xué)里，“金屬”是指氫和氦以外的重元素），而根據(jù)“大爆炸”理論的預(yù)測，第一代恒星應(yīng)只擁有氫、氦及鋰元素，如果這些早期恒星包括紅矮星，這些“純正”的紅矮星至今天定能繼續(xù)觀測得到，而事實卻不然，含有“金屬”的恒星占了紅矮星的大多數(shù)?，F(xiàn)時廣為接納的解釋是，質(zhì)量較低的恒星需要在存在重元素的環(huán)境下方能形成，因此宇宙形成初期的“純正”低質(zhì)量原恒星定不能發(fā)生核聚變反應(yīng)，要等待收集足夠的重元素，方能發(fā)光發(fā)熱。因此在宇宙形成時，能發(fā)光的第一代恒星定擁有超高質(zhì)量，它們擁有極短壽命，在經(jīng)過超新星爆發(fā)后，重元素得以產(chǎn)生，成為形成低質(zhì)量恒星的所需物質(zhì)。
宇宙眾多恒星中，紅矮星占了大多數(shù)，大約73%左右。例如離太陽最近的恒星，半人馬座的南門二比鄰星，便是一顆紅矮星，其光譜分類為M5，視星等11.0。
至2005年，人們首度在紅矮星身上，發(fā)現(xiàn)有太陽系外行星圍繞旋轉(zhuǎn)，第一顆行星的質(zhì)量與海王星差不多，日距約為600萬公里（0.04 AU），其表面度約為攝氏150°C。2006年，人們又發(fā)現(xiàn)一顆與土星差不多的行星繞著另一顆紅矮星旋轉(zhuǎn)，這顆行星的日距為3.9億公里（2.6 AU），表面溫度為攝氏零下220°C。
附2：脈沖星（Pulsar），是中子星的一種，為會周期性發(fā)射脈沖信號的星體。
發(fā)現(xiàn)：1967年10月，劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）的安東尼·休伊什（Antony Hewish）教授的研究生——24歲的喬絲琳·貝爾（Jocelyn Bell Burnell）檢測射電望遠(yuǎn)鏡收到的信號時無意中發(fā)現(xiàn)了一些有規(guī)律的脈沖信號，它們的周期十分穩(wěn)定，為1.337秒。起初她以為這是外星人“小綠人”（LGM）發(fā)來的信號，但在接下來不到半年的時間里，又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個這樣的脈沖信號。后來人們確認(rèn)這是一類新的天體，并把它命名為“脈沖星”。脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子一道，并稱為20世紀(jì)60年代天文學(xué)“四大發(fā)現(xiàn)”。安東尼·休伊什教授本人也因脈沖星的發(fā)現(xiàn)而榮獲1974年的諾貝爾物理學(xué)獎，盡管人們對貝爾小姐未能獲獎而頗有微詞。
脈沖星的特征：1968年有人提出脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星[1]。中子星具有強(qiáng)磁場，運(yùn)動的帶電粒子發(fā)出同步輻射，形成與中子星一起轉(zhuǎn)動的射電波束。由于中子星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸一般并不重合，每當(dāng)射電波束掃過地球時，就接收到一個脈沖。
恒星在演化末期，缺乏繼續(xù)燃燒所需要的核反應(yīng)原料，內(nèi)部輻射壓降低，由于其自身的引力作用逐漸坍縮。質(zhì)量不夠大(約數(shù)倍太陽質(zhì)量)的恒星坍縮后依靠電子簡并壓力與引力相抗衡，成為白矮星，而在質(zhì)量比這還大的恒星里面，電子被壓入原子核，形成中子，這時候恒星依靠中子的簡并壓與引力保持平衡，這就是中子星。典型中子星的半徑只有幾公里到十幾公里，質(zhì)量卻在1-2倍太陽質(zhì)量之間，因此其密度可以達(dá)到每立方厘米上億噸。由于恒星在坍縮的時候角動量守恒，坍縮成半徑很小的中子星后自轉(zhuǎn)速度往往非?？?。又因為恒星磁場的磁軸與自轉(zhuǎn)軸通常不平行，有的夾角甚至達(dá)到90度，而電磁波只能從磁極的位置發(fā)射出來，形成圓錐形的輻射區(qū)。
此為在持脈沖星便是中子星的證據(jù)中，其中一個便是我們在蟹狀星云（M1；原天關(guān)客星，SN 1054）確實也發(fā)現(xiàn)了一個周期約0.033s的脈沖星。
脈沖星靠消耗自轉(zhuǎn)能而彌補(bǔ)輻射出去的能量，因而自轉(zhuǎn)會逐漸放慢。但是這種變慢非常緩慢，以致于信號周期的精確度能夠超過原子鐘。[2][3] 而從脈沖星的周期就可以推測出其年齡的大小，周期越短的脈沖星越年輕。
毫秒脈沖星：20世紀(jì)80年代，由發(fā)現(xiàn)了一類所謂的毫秒脈沖星，它們的周期太短了，只有毫秒量級，之前的儀器雖然能探測到，但是很難將脈沖分辨出來。研究發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星并不年輕，這就對傳統(tǒng)的“周期越短越年輕”的理論提出了挑戰(zhàn)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星與密近雙星有關(guān)。
脈沖雙星：1974年，美國的拉塞爾·艾倫·赫爾斯和約瑟夫·胡頓·泰勒發(fā)現(xiàn)了第一顆射電脈沖雙星PSR 1913+16，它們是兩顆互相環(huán)繞的脈沖星，軌道周期很短，僅為7.75小時。軌道的偏心率為0.617。當(dāng)兩顆子星相互靠得很近時，極強(qiáng)的引力輻射會導(dǎo)致它們的距離愈加靠近，軌道周期會逐漸變短。通過精確地測量射電脈沖雙星軌道周期的變化可以檢測引力波的存在，驗證廣義相對論。赫爾斯和泰勒也因此獲得1993年的諾貝爾物理學(xué)獎。
2003年4月，研究人員發(fā)現(xiàn)PSRJ0737－3039A的周期為22毫秒，并且在有規(guī)律地變化。人們認(rèn)為這是一個罕見的雙脈沖星系統(tǒng)，兩顆子星都是脈沖星，并且輻射束都掃過地球。觀測顯示，這對雙脈沖星系統(tǒng)的A星是一顆1.337太陽質(zhì)量的毫秒脈沖星，周期22毫秒，B星是一顆1.251太陽質(zhì)量的正常脈沖星，周期2.27秒。兩顆子星相互環(huán)繞的軌道周期僅為2.4小時，軌道偏心率為0.088,平均速度達(dá)到0.1%光速。這個雙脈沖星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)為檢測引力波的存在帶來了新的希望。
命名規(guī)則：沖星的命名由脈沖星英文pulsar的縮寫PSR加上其赤經(jīng)赤緯坐標(biāo)組成。如PSR B1937+21，1937是指該脈沖星位于赤經(jīng)19 h 37 m，+21是指其位于赤緯+21°，B意味著赤經(jīng)赤緯值是歸算到歷元1950年的值。此外，J則表示赤經(jīng)赤緯值是歸算到歷元2000年的值。
著名的脈沖星：
人類發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星：PSR1919+21，也就是上文貝爾小姐發(fā)現(xiàn)的那顆脈沖星，位于狐貍座方向，周期為1.33730119227秒。
人類發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖雙星：PSR B1913+16
人類發(fā)現(xiàn)的第一個毫秒脈沖星：PSR B1937+21
人類發(fā)現(xiàn)的第一顆帶有行星系統(tǒng)的脈沖星：PSR B1257+12
人類發(fā)現(xiàn)的第一顆雙脈沖星系統(tǒng)：PSR J0737-3039
黑 洞
黑洞（Black hole）是根據(jù)現(xiàn)代的廣義相對論所預(yù)言的，在宇宙空間中存在的一種質(zhì)量相當(dāng)大的天體。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)生引力坍縮而形成。黑洞的質(zhì)量是如此之大，它產(chǎn)生的引力場是如此之強(qiáng)，以至于任何物質(zhì)和輻射都無法逃逸，就連光也逃逸不出來。由于類似熱力學(xué)上完全不反射光線的黑體，故名為黑洞。在黑洞的周圍，是一個無法偵測的事件視界，標(biāo)志著無法返回的臨界點。
歷史上，第一個意識到一個致密天體密度可以大到連光都無法逃逸的人是英國地理學(xué)家John Michell。
結(jié)構(gòu)特征：目前公認(rèn)的理論認(rèn)為，黑洞只有三個物理量可以測量到：質(zhì)量、電荷、角動量。也就是說：對于一個黑洞，一旦這三個物理量確定下來了，這個黑洞的特性也就唯一地確定了，這稱為黑洞的無毛定理，或稱作黑洞的唯一性定理。但是這個定理卻只是限制了經(jīng)典理論，沒有否認(rèn)可能有其他量子荷的存在，所以黑洞可以和大域單極或是宇宙弦共同存在，而帶有大域量子荷。
當(dāng)大質(zhì)量天體演化末期，其坍縮核心的質(zhì)量超過太陽質(zhì)量的3.2倍時，由于沒有能夠?qū)挂Φ某饬?，核心坍塌將無限進(jìn)行下去，從而形成黑洞。（核心小于1.4個太陽質(zhì)量的，會變成白矮星；介于兩者之間的，形成中子星）。天文學(xué)的觀測表明，在絕大部分星系的中心，包括銀河系，都存在超大質(zhì)量黑洞，它們的質(zhì)量從數(shù)百萬個直到數(shù)百億個太陽。
質(zhì)量和尺寸：愛因斯坦的廣義相對論預(yù)測有黑洞解。其中最簡單的球?qū)ΨQ解為史瓦西度規(guī)。這是由卡爾·史瓦西于1915年發(fā)現(xiàn)的愛因斯坦方程的解。
根據(jù)史瓦西解，如果一個重力天體的半徑小于一個特定值，天體將會發(fā)生坍塌，這個半徑就叫做史瓦西半徑。在這個半徑以下的天體，其中的時空嚴(yán)重彎曲，從而使其發(fā)射的所有射線，無論是來自什么方向的，都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出在任何慣性座標(biāo)中，物質(zhì)的速率都不可能超越真空中的光速，在史瓦西半徑以下的天體的任何物質(zhì)，都將塌陷于中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點（gravitational singularity）。由于在史瓦西半徑內(nèi)連光線都不能逃出黑洞，所以一個典型的黑洞確實是絕對“黑”的。
G是萬有引力常數(shù)，M是天體的質(zhì)量，c是光速。對于一個與地球質(zhì)量相等的天體，其史瓦西半徑僅有9毫米。
就輻射譜而言，黑洞與有溫度的物體完全一樣，而黑洞所對應(yīng)的溫度，則正比于黑洞視界的重力強(qiáng)度。換句話說，黑洞的溫度取決于它的大小。
若黑洞只比太陽的幾倍重，它的溫度大約只比絕對零度高出億分之一度，而更大的黑洞溫度甚至更低。因此這類黑洞所發(fā)出的量子輻射，一律會被大爆炸所留下的2.7度輻射（宇宙背景輻射）完全淹沒。
黑洞的合并會發(fā)射強(qiáng)大的引力波，新的黑洞會因后座力脫離原本在星系核心的位置。如果速度足夠大，它甚至有可能脫離星系母體。
否認(rèn)黑洞存在的一些觀點
1.量子力學(xué)方面的反駁：黑洞中心的奇點具有量子不穩(wěn)定性，所以整個黑洞不可能穩(wěn)定存在。
2.目前發(fā)現(xiàn)的黑洞是一些暗能量星：美國加利福尼亞勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的天體物理學(xué)家喬治·錢普拉因等認(rèn)為，目前發(fā)現(xiàn)的黑洞是一些暗能量星，真正意義上的黑洞是不存在的。
3.某些使用與廣義相對論等價假設(shè)的延展理論可以推導(dǎo)出沒有奇點的致密天體，同樣可以完善解釋所觀測到的強(qiáng)引力現(xiàn)象，而這些理論在大部分狀況下效應(yīng)與廣義相對論等價，例如同樣具有重力透鏡效應(yīng)。黑洞的存在于宇宙學(xué)上并非絕對必要，奇點的發(fā)生目前往往出自于物理理論上的物理數(shù)學(xué)工具不完備。
4.量子理論里面，光子與希格氏玻色子并沒有直接相互作用，如果黑洞存在，對于光子的重力機(jī)制描述理論并不完善。黑洞如何吸引理論上不具質(zhì)量的光子，確實是個疑問。而如果光子具有極微小的質(zhì)量，光子受致密星體影響的理論并不成問題，但廣義相對論卻需要進(jìn)行修正。
5.觀測技術(shù)上，沒有任何有效的辦法來區(qū)分“黑洞”與“重力真空星”（Gravastar）之間的差異?！爸亓φ婵招恰笔遣捎冒虢?jīng)典力學(xué)方法做廣義相對論的量子力學(xué)修正推導(dǎo)出來的星體，天體物理學(xué)界有時將之昵稱為“黑星”（Black Star）?！爸亓φ婵招恰本哂辛孔恿W(xué)的修正后的優(yōu)點，而沒有“經(jīng)典黑洞”的理論缺點。觀測數(shù)據(jù)使用“黑洞模型”與“重力真空星模型”進(jìn)行分析時，沒有任何辦法分辨出是哪一種星體，而“重力真空星模型”當(dāng)中則沒有“視界”這種虛構(gòu)的現(xiàn)象，“暗能量星模型”亦將“視界”消滅，并不存在“視界”這種物理現(xiàn)象?！爸亓φ婵招恰?、“暗能量星”及“模糊球理論”這三種模型均將“經(jīng)典黑洞理論”當(dāng)中的弊端“視界”與“奇點”全部消滅，除了“重力真空星模型”旋轉(zhuǎn)時會有不穩(wěn)定的問題以外，三種理論模型本身并無重大弊端，是很有效的黑洞替代方案。
光 年
光年是長度單位之一，指光在真空中一年時間內(nèi)傳播的距離，大約94.6千億公里（或58.8千億英里）。
光年一般用在天文學(xué)中，用來量度很大的距離，如太陽系跟另一恒星的距離。光年不是時間的單位。秒差距是天文學(xué)中另一個常用的單位，1秒差距等于3.26光年。例如，世界上最快的飛機(jī)可以達(dá)到每小時11260公里的時速（2004年11月16日，美國航空航天局（NASA）的飛機(jī)最高速度紀(jì)錄是11260公里/小時）[1]，依照這樣的速度，飛越一光年的距離需要用95848年。而常見的客機(jī)，時速大約是每小時885公里[2]，這樣飛1光年則需要1220330年。目前人造的最快物體是1970年代聯(lián)邦德國和美國NASA聯(lián)合建造并發(fā)射的Helio 2衛(wèi)星，最高速度為70.22公里每秒（即252792公里每小時），這樣的速度飛越1光年的距離約需要4000年的時間?？梢韵胂?，光年對于人類來說是一個十分龐大的尺度。
準(zhǔn)確定義：由于西歷每年的長短不一，國際天文學(xué)聯(lián)合會的更正式的定義為：在儒略歷的一年的時間中（即365.25日，而每日相等于86400秒），在自由空間以及距離任何引力場或磁場無限遠(yuǎn)的地方，一光子所行走的距離。因為真空中的光速是每秒299,792,458米（準(zhǔn)確值），所以一光年就等于 9,460,730,472,580,800米（準(zhǔn)確值），或大約相等于9.46 × 1015米 = 9.46 拍米、63,241天文單位、0.3066秒差距。
白 洞
白洞是廣義相對論所預(yù)言的一種特殊星體，是與黑洞相反的天體，是大引力球?qū)ΨQ天體的史瓦西解的一部分。白洞僅僅是理論預(yù)言的天體，到現(xiàn)在還沒有任何證據(jù)表明白洞的存在。
有人認(rèn)為，白洞是宇宙大爆炸未完全膨脹之延遲奇點的一部分。[來源請求] 目前，這種假說已經(jīng)被否定，因為即使存在這種奇點，由于真空量子效應(yīng)和光堆積效應(yīng)，它們也應(yīng)該早已經(jīng)變成黑洞。
科學(xué)家們猜想：白洞也有一個與黑洞類似的封閉的邊界，但與黑洞不同的是，白洞內(nèi)部的物質(zhì)和各種輻射只能經(jīng)邊界向邊界外部運(yùn)動，而白洞外部的物質(zhì)和輻射卻不能進(jìn)入其內(nèi)部。也就是說，白洞好像一個不斷向外噴射物質(zhì)和能量的源泉，它向外界提供物質(zhì)和能量，卻不吸收外部的物質(zhì)和能量。
白洞到目前為止，還僅僅是科學(xué)家的猜想，至今還沒有觀察到任何白洞可能存在的證據(jù)。在理論研究上也還沒有重大突破。不過，最新的研究可能會得出一個令人興奮的結(jié)論，即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身。也就是說黑洞在這一端吸收物質(zhì)，而在另一端則噴射物質(zhì)，就像一個巨大的時空隧道。
科學(xué)家們最近證明了黑洞其實有可能向外發(fā)射能量。而根據(jù)現(xiàn)代物理理論，能量和質(zhì)量是可以互相轉(zhuǎn)化的。這就從理論上預(yù)言了“黑洞、白洞一體化”的可能。
附：蟲 洞
蟲洞（Wormhole），或譯作蛀孔或蠹孔，又稱愛因斯坦-羅森橋，是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。蟲洞是1916年奧地利物理學(xué)家路德維?！じトR姆首次提出的概念，1930年代由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時假設(shè)，認(rèn)為透過蟲洞可以做瞬時間的空間轉(zhuǎn)移或者做時間旅行。迄今為止，科學(xué)家們還沒有觀察到蟲洞存在的證據(jù)，一般認(rèn)為這是由于很難和黑洞相區(qū)別。
為了與其他種類的蟲洞進(jìn)行區(qū)分，例如量子態(tài)的量子蟲洞及弦論上的蟲洞，一般通俗所稱之“蟲洞”應(yīng)被稱為“時空蟲洞”，量子態(tài)的量子蟲洞一般被稱為“微型蟲洞”，兩者有很大的區(qū)分。
黑洞有一個特性，就是會在另一邊得到所謂的“鏡射宇宙”。愛因斯坦并不重視這個解，因為我們根本不可能通行。于是，連接兩個宇宙的“愛因斯坦—羅森橋”（Einstein—Rosen bridge）被認(rèn)為只是個數(shù)學(xué)技倆。
但是，在1963年時，新西蘭的數(shù)學(xué)家羅伊·克爾的研究發(fā)現(xiàn)，假設(shè)任何崩潰的恒星都會旋轉(zhuǎn)，則形成黑洞時，將會成為動態(tài)黑洞；史瓦西的靜態(tài)黑洞并不是最佳的物理解法。然而，實際上恒星會變成扁平的結(jié)構(gòu)，不會形成奇點。也就是說：重力場并非無限大。這使得我們得到了一個驚人的結(jié)論：如果我們將物體或太空船沿著旋轉(zhuǎn)黑洞的旋轉(zhuǎn)軸心發(fā)射進(jìn)入，原則上，它可能可以熬過中心的重力場，并進(jìn)入鏡射宇宙。如此一來，愛因斯坦—羅森橋就如同連接時空兩個區(qū)域的通道，也就是“蟲洞”。
理論上，蟲洞是連結(jié)白洞和黑洞的多維空間隧道，是無處不在，但轉(zhuǎn)瞬即逝的。不過有人假想一種奇異物質(zhì)可以使蟲洞保持張開。也有人假設(shè)如果存在一種叫做幻影物質(zhì)（Phantom matter）的奇異物質(zhì)的話，因為其同時具有負(fù)能量和負(fù)質(zhì)量，因此能創(chuàng)造排斥效應(yīng)以防止蟲洞關(guān)閉。這種奇異物質(zhì)會使光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，成為發(fā)現(xiàn)蟲洞的信號。但是這些理論存在過多未經(jīng)測試的假設(shè)，很難令人信服。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是指在描述同一個空間時，由原來的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為另一個坐標(biāo)系。
對于每一個由空間到空間本身的雙射，可定義二種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：
一種是每一個點在新坐標(biāo)系坐標(biāo)的雙射，恰為舊坐標(biāo)系的坐標(biāo)
一種是每一個點在舊坐標(biāo)系坐標(biāo)的雙射，恰為新坐標(biāo)系的坐標(biāo)
例如一維的系統(tǒng)中，若一映射為是往右移三個單位，則第一個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換會將原點從0移到3，因此每個點的坐標(biāo)都少了3，第二個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換會將原點從0移到-3，因此每個點的坐標(biāo)都多了3。
坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換有一定的公式。例如若平面上的笛卡爾坐標(biāo)（x, y）及極坐標(biāo)（r, θ）原點相同，則可以用以下的公式從極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)：x = r cosθ及y = r sinθ。
平面上的極坐標(biāo)系
極坐標(biāo)系也是一種常用的平面坐標(biāo)系統(tǒng)。其中會定一點為極點，再將一條通過極點的射線定為極軸。若給定一角度θ，則可繪出通過極點，和極軸夾角為θ的唯一射線（角度是以從極軸，依逆時針方向旋轉(zhuǎn)到射線），若再給定一實數(shù)r，可找出上述射線上，距極點距離為有號整數(shù)r的一點。
在極坐標(biāo)系中，一坐標(biāo)（r, θ）只會其對應(yīng)唯一的一點，但每一點均可對應(yīng)許多個坐標(biāo)。例如坐標(biāo)（r, θ）、 （r, θ+2π）及（?r, θ+π）都是對應(yīng)同一點的不同坐標(biāo)。而極點的坐標(biāo)為（0, θ），θ可為任意值。
數(shù)學(xué)物理學(xué)
數(shù)學(xué)物理學(xué)是以研究物理問題為目標(biāo)的數(shù)學(xué)理論和數(shù)學(xué)方法。它探討物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型，即尋求物理的 數(shù)學(xué)描述，并對模型已確立的物理問題研究其數(shù)學(xué)解法，然后根據(jù)解答來詮釋和預(yù)見物理現(xiàn)象，或者根據(jù)物理事實來修正原有模型。
發(fā)展歷程
物理問題的研究一直和數(shù)學(xué)密切相關(guān)。作為近代物理學(xué)始點的牛頓力學(xué)中，質(zhì)點和剛體的運(yùn)動用常微分程 來刻畫，求解這些方程就成為牛頓力學(xué)中的重要數(shù)學(xué)問題。這種研究一直持續(xù)到今天。例如，天體力學(xué)中的三體問題和各種經(jīng)典的動力系統(tǒng)都是長期研究的對象。
在十八世紀(jì)中，牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)開始由變分原理所刻畫，這又促進(jìn)了變分法的發(fā)展，并且到后來，許多物理理論都以變分原理作為自己的基礎(chǔ)。
十八世紀(jì)以來，在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、傳熱學(xué)和電磁場理論中，歸結(jié)出許多偏微分方程通稱數(shù)學(xué)物理方程(也包括有物理意義的積分方程、微分積分方程和常微分方程)。直到二十世紀(jì)初期，數(shù)學(xué)物理方程的研究才成為數(shù)學(xué)物理的主要內(nèi)容。
此后，聯(lián)系于等離子體物理、固體物理、非線性光學(xué)、空間技術(shù)核技術(shù)等方面的需要，又有許多新的偏微分方程問題出現(xiàn)，例如孤立子波、間斷解、分歧解、反問題等等。它們使數(shù)學(xué)物理方程的內(nèi)容進(jìn)一步豐富起來。復(fù)變函數(shù)、積分變換、特殊函數(shù)、變分法、調(diào)和分析、泛函分析以至于微分幾何、代數(shù)幾何都已是研究數(shù)學(xué)物理方程的有效工具。
從二十世紀(jì)開始，由于物理學(xué)內(nèi)容的更新，數(shù)學(xué)物理也有了新的面貌。伴隨著對電磁理論和引力場的深入研究，人們的時空觀念發(fā)生了根本的變化，這使得閔科夫斯基空間和黎曼空間的幾何學(xué)成為愛因斯坦狹義相對論和廣義相對論所必需的數(shù)學(xué)理論。許多物理量以向量、張量和旋量作為表達(dá)形式在探討大范圍時空結(jié)構(gòu)時，還需要整體微分幾何。
隨著電子計算機(jī)的發(fā)展，數(shù)學(xué)物理中的許多問題可以通過數(shù)值計算來解決，由此發(fā)展起來的“計算力學(xué)”“計算物理”都發(fā)揮著越來越大的作用。計算機(jī)直接模擬物理模型也成為重要的方法。此外各種漸近方法也繼續(xù)獲得發(fā)展。
深入研究
量子力學(xué)和量子場論的產(chǎn)生，使數(shù)學(xué)物理添加了非常豐富的內(nèi)容。在量子力學(xué)中物質(zhì)的態(tài)用波函數(shù)刻畫，物理量成為算子，測量到的物理量是算子的譜。在量子場論中波函數(shù)又被二次量子化成為算子，在電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用中描述粒子的產(chǎn)生和消滅
因此，必須研究各種函數(shù)空間的算子譜、函數(shù)的譜分析和由算子所形成的代數(shù)。同時還要研究微擾展開和重正化(處理發(fā)散困難)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。此外，用非微擾方法研究非線性場論也是一個令人注目的課題。
物理對象中揭示出的多種多樣的對稱性，使得群論顯得非常有用。晶體的結(jié)構(gòu)就是由歐幾里得空間運(yùn)動群的若干子群給出。正交群和洛倫茨群的各種表示對討論具有時空對稱性的許多物理問題有很重要的作用。
基本粒子之間，也有種種對稱性，可以按群論明確它們的某些關(guān)系。對基本粒子的內(nèi)在對稱性的研究更導(dǎo)致了楊-米爾斯理論的產(chǎn)生。它在粒子物理學(xué)中意義重大，統(tǒng)一了弱相互作用和電磁相互作用的理論，提供了研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的工具。這個理論以規(guī)范勢為出發(fā)點，而它就是數(shù)學(xué)家所研究的纖維叢上的聯(lián)絡(luò)(這是現(xiàn)代微分幾何學(xué)中非常重要的一個概念)。有關(guān)纖維叢的拓?fù)洳蛔兞恳查_始對物理學(xué)發(fā)揮作用。
微觀的物理對象往往有隨機(jī)性。在經(jīng)典的統(tǒng)計物理學(xué)中需要對各種隨機(jī)過程的統(tǒng)計規(guī)律有深入的研究。
相關(guān)理論
數(shù)學(xué)物理學(xué)(mathematieal physies) 是物理學(xué)的一個領(lǐng)域，其目的是在假定物理學(xué)基本定律已經(jīng)知道的條件下，主要依靠數(shù)學(xué)上求解的方法來為已較好地確立了的物理學(xué)理論推導(dǎo)出結(jié)果。其所以能成為一種富有成效的方法，主要是由于在理論物理學(xué)不同領(lǐng)域中所提出的一些數(shù)學(xué)問題之間存在著緊密類似之處。在許多不同的課題中都會遇到同樣的一組偏微分方程。
數(shù)學(xué)物理學(xué)中的某些問題的例子如下：
1，行星運(yùn)動的理論，特別是經(jīng)典的三體問題， 例如一個小行星在太陽和木星的綜合影響下的運(yùn)動、剛體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
2.勢論，主要應(yīng)用于靜電學(xué)和非粘滯流體的流 體力學(xué)中，如貝塞爾(Bessel)函數(shù)和勒讓德(IJegen- dre)多項式等許多重要的特殊函數(shù)就是與勢論共同發(fā)展起來的。復(fù)變函數(shù)對于二維問題很有用。
3.振動理論，確定一給定形狀的區(qū)域或由以不 同方式相互作用著的物體組成的系統(tǒng)的電磁振動或 彈性振動的簡正模式。在諸如微波空腔理論、聲學(xué)和地震學(xué)等方面，振動理論也起著重要作用。在這里一些特殊數(shù)學(xué)函數(shù)也很重要。
4.波的傳播，包括例如對電磁波或聲波的衍射問題的精確解。
5.波動力學(xué)問題的求解，例如氦原子或氫分子或在散射過程中所遇到的問題，這些問題復(fù)雜到得不出直接的解析解，但仍可足夠簡單而精確地解出。在這里變分法是最有用的。
6.擴(kuò)散問題，例如中子在物質(zhì)中的擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)和統(tǒng)計力學(xué)中的輸運(yùn)現(xiàn)象。
7.色散理論，其中涉及到一體系對不同頻率的 外力的反應(yīng)。物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)、等離子體物理學(xué)和高能物理學(xué)就是其中的一些例子。
8.在流體力學(xué)、彈性理論等中的非線性問題。
9.與統(tǒng)計力學(xué)相關(guān)的概率論問題。 直到第二次世界大戰(zhàn)期間，數(shù)學(xué)物理學(xué)的主要技巧還是求出問題的解析的數(shù)學(xué)解。自從第二次世界大戰(zhàn)以后，高速計算機(jī)已經(jīng)變得愈來愈重要，并且業(yè)已對許多原本不能用解析方法求解的問題實現(xiàn)了 數(shù)值解法。 數(shù)學(xué)物理學(xué)這一名詞有時候作為理論物理學(xué)的同義語來使用。 《百度百科》
零
零的圓圈符號，印刷體最早見于秦九韶的《數(shù)書九章》（1274年），但有許多人相信，它最晚在上一個世紀(jì)就已經(jīng)使用了。一般人認(rèn)為這個符號是直接來自印度的；而在印度，它最早于870年出現(xiàn)在瓜略爾的波閣提碑文上。但是，這種外來說缺乏確切的證據(jù)。這種形式很可能是從十二世紀(jì)理學(xué)家所心愛的哲學(xué)圖形中假借而來的。無論如何，宋代數(shù)學(xué)家手中已有了一種運(yùn)用自如、發(fā)展完善的記號法……從已收集到的的印度數(shù)碼表可以看出，自從阿育王的時代（公元前三世紀(jì)）起，類似于今天“印度·阿拉伯?dāng)?shù)碼”的字體就開始穩(wěn)定地發(fā)展了，值得注意的是，所有各種數(shù)碼體系中，最初三個整數(shù)的寫法都與中國的一樣；某些古代的體系也用×表示4。但幾乎在所有體系中，10與10的倍數(shù)20,30,40,100等等都用獨立的符號表示（不包含位值的成份），而只要這樣的符號占優(yōu)勢，位值的算術(shù)就不能存在。剛才已提到，在印度零在碑文中出現(xiàn)最早是在九世紀(jì)后期，但在印度支那與東南亞其他國家發(fā)現(xiàn)的卻比它早二百年。這個事實可能具有很大的意義。關(guān)于印度位值的古老程度，經(jīng)籍的證據(jù)與碑文是相矛盾的。前者把值制的零的概念出現(xiàn)的年代定在公元500年之前，但這個說法由于印度史紀(jì)年含糊不清和文獻(xiàn)難以考定，從來沒有使人完全信服……盡管如此，我們?nèi)匀豢梢宰杂傻貋砜紤]這樣的一種可能性（哪怕只是或然性）：書寫的零號及它所帶來的比較可靠的計算法起源于印度文化的東部，這里與中國文化的南部接壤。那么，它在這個交界地區(qū)會受到中國會意文字的怎樣的刺激呢？它會不會是把中國籌算盤上給零留著的空位換成一個空圓圈呢？因此，道家神秘主義的“元”，對于發(fā)明Sunya(即零)的記號所作的貢獻(xiàn)，可能并不下于印度哲學(xué)的“空”。事實上，最早出現(xiàn)零號的場合是在中印文化區(qū)交界處記有年代的碑文中發(fā)現(xiàn)的這一點，似乎很難說是一種偶合。
過去人們并未充分認(rèn)識到零號以多快的速度傳到中國?！堕_元占經(jīng)》中曾提到零號，這部書是翟曇悉達(dá)在717～729年間編纂的一部天文學(xué)和占星概論。書中談到九執(zhí)歷（718年）的部分有一節(jié)介紹印度的計算方法。作者在講完從一到九的全部數(shù)碼可以用草書一筆寫成以后，接著說：當(dāng)九數(shù)當(dāng)中的這個數(shù)或那個數(shù)用來表示10的一個倍數(shù)時，它就進(jìn)入個位之前的那一行。不管哪一行有空位，都要在那里放一個點。[九數(shù)至十，進(jìn)入前位。每空位處恒定一點]。這就是我們在比它早不到半個世紀(jì)的柬埔寨文中所見到的那種點。
隨之產(chǎn)生問題是：中國人空間何時在書寫數(shù)字方面采用十進(jìn)位制？在他們的書寫語言對十的倍數(shù)（百的千等）有過不含位值成分的符號嗎？顯然沒有。在商代，就我們追溯所及，我們發(fā)現(xiàn)像“547”這樣的數(shù)字，在卜骨寫成五百四旬七日，亦即五百（加上）四個十日（加上）七日。這是公元前十三世紀(jì)的事兒。這個時期所使用真實符號已收在表23中。從表中所寫的直接取自甲骨文的例子162和656，立即可以看到位值成分的意義……因此總的來說，商代的數(shù)字系統(tǒng)是比古巴比倫和古埃及同一時代的字體更為先進(jìn)，更為科學(xué)的。這三個記數(shù)體系都是每升高一位數(shù)，就開始使用一個新的記號。但是，這里有一個例外，這就是前面已經(jīng)說的，中國人總是重復(fù)用最初的9這個數(shù)字加上位值成分來構(gòu)成更高的位，而這些并位值本身并不是數(shù)碼。在古巴比倫的記數(shù)法當(dāng)中，200以下主要是相中或累積法，即和后來羅馬的一樣；并且兩者都使用減法，倒如19寫成20-1，40寫成50-10。但有時也用乘法，例如用10×100表示1000。只有在天文學(xué)家的六十進(jìn)位制中，由于使用了位值原則，才有較強(qiáng)的統(tǒng)一性，不過，像3600這樣的數(shù)字仍然是用專門的符號表示，并且減法的因素也沒有排除掉。此外，小于60的數(shù)字仍然用“堆砌”的符號表示。古埃及也遵循累積制，同時也有一些用乘法的習(xí)慣。因此，商代的中國人似乎是最先能夠用9個數(shù)字表示不管多大的數(shù)的。他們造數(shù)從來不用減法。
由些可見，在西方所習(xí)見的“印度數(shù)字”的背后，位值制早已在中國存在了兩千年……
留下的唯一問題是中國的“零”的起源和歷史。零字的古義是暴風(fēng)雨末了的小雨滴或者是暴風(fēng)雨過后在物體上的雨滴。這就是在《詩經(jīng)》中的意義。后來這個字被引申作為“零頭”解（尤其是當(dāng)它與別的字連用時候，例如奇零），這或者指非整數(shù)部分，或者指如“一百又五”中的五。由此再變成利用這個字來表示105的零，就是不難理解的事兒了。但是這種用法似乎很遲才出現(xiàn)。要精確地斷定它出現(xiàn)的時間，還需作專門的研究。雖然宋代代數(shù)學(xué)家已廣泛地采用0號，但是我們可以說，在明代以前的任何數(shù)學(xué)著作中，我們從來沒有見到用零字來代表零的用法，并且很容易抗菌素一些用文字表達(dá)的、本來用得著零的數(shù)字。明顯地拿零這樣用的最早著作是十六世紀(jì)《算法統(tǒng)宗》（正好在耶穌會傳教士來華以前），以后這種用法就可以廣泛地找到了，例如，羅士琳的《算比例匯通》（1818年）之類的著作以及一切同時代的著作都是這樣。由于用文字表數(shù)字的時候可以不用零字，所以，要解釋為什么到了明代會用起零字來，是有一些困難的。也許，零號從它在宋代最初通用時起，就已讀作“零”的音，而所以起用“零”這個舊字，不僅因為它早就具有“零頭”（即零以后的幾位數(shù)字）的意義，并且也因為0號形如一顆球狀的雨滴。
