什么是黑洞? 什么是黑洞？
黑洞是密度超大的星球,吸納一切,光也逃不了.(現(xiàn)在有科學(xué)家分析,宇宙中不存在黑洞,這需要進(jìn)一步的證明,但是我們?cè)趯W(xué)術(shù)上可以存在不同的意見(jiàn))
補(bǔ)注：在空間體積為無(wú)限小（可認(rèn)為是0）而注入質(zhì)量接近無(wú)限大的狀況下，場(chǎng)無(wú)限強(qiáng)化的情況下黑洞真的還有實(shí)體存在嗎？
或物質(zhì)的最終結(jié)局不是化為能量而是成為無(wú)限的場(chǎng)？
首先,對(duì)黑洞進(jìn)行一下形象的說(shuō)明:
黑洞有巨大的引力,連光都被它吸引.黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng)，這種引力大到任何東西，甚至連光，都難逃黑洞的手掌心。黑洞不讓任何其邊界以?xún)?nèi)的任何事物被外界看見(jiàn)，這就是這種物體被稱(chēng)為“黑洞”的緣故。我們無(wú)法通過(guò)光的反射來(lái)觀察它，只能通過(guò)受其影響的周?chē)矬w來(lái)間接了解黑洞。據(jù)猜測(cè)，黑洞是死亡恒星或爆炸氣團(tuán)的剩余物，是在特殊的大質(zhì)量超巨星坍塌收縮時(shí)產(chǎn)生的。
再?gòu)奈锢韺W(xué)觀點(diǎn)來(lái)解釋一下:
黑洞其實(shí)也是個(gè)星球(類(lèi)似星球),只不過(guò)它的密度非常非常大, 靠近它的物體都被它的引力所約束(就好像人在地球上沒(méi)有飛走一樣),不管用多大的速度都無(wú)法脫離。對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，以第二宇宙速度（11.2km/s）來(lái)飛行就可以逃離地球，但是對(duì)于黑洞來(lái)說(shuō)，它的第三宇宙速度(16.7千米/秒)之大，竟然超越了光速，所以連光都跑不出來(lái)，于是射進(jìn)去的光沒(méi)有反射回來(lái)，我們的眼睛就看不到任何東西，只是黑色一片。
因?yàn)楹诙词遣豢梢?jiàn)的，所以有人一直置疑，黑洞是否真的存在。如果真的存在，它們到底在哪里？
黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類(lèi)似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮，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)的星球。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)。任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去，黑洞就變得像真空吸塵器一樣
為了理解黑洞的動(dòng)力學(xué)和理解它們是怎樣使內(nèi)部的所有事物逃不出邊界，我們需要討論廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論是愛(ài)因斯坦創(chuàng)建的引力學(xué)說(shuō)，適用于行星、恒星，也適用于黑洞。愛(ài)因斯坦在1916年提出來(lái)的這一學(xué)說(shuō)，說(shuō)明空間和時(shí)間是怎樣因大質(zhì)量物體的存在而發(fā)生畸變。簡(jiǎn)言之，廣義相對(duì)論說(shuō)物質(zhì)彎曲了空間，而空間的彎曲又反過(guò)來(lái)影響穿越空間的物體的運(yùn)動(dòng)。
讓我們看一看愛(ài)因斯坦的模型是怎樣工作的。首先，考慮時(shí)間（空間的三維是長(zhǎng)、寬、高）是現(xiàn)實(shí)世界中的第四維（雖然難于在平常的三個(gè)方向之外再畫(huà)出一個(gè)方向，但我們可以盡力去想象）。其次，考慮時(shí)空是一張巨大的繃緊了的體操表演用的彈簧床的床面。
愛(ài)因斯坦的學(xué)說(shuō)認(rèn)為質(zhì)量使時(shí)空彎曲。我們不妨在彈簧床的床面上放一塊大石頭來(lái)說(shuō)明這一情景：石頭的重量使得繃緊了的床面稍微下沉了一些，雖然彈簧床面基本上仍舊是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在彈簧床中央放置更多的石塊，則將產(chǎn)生更大的效果，使床面下沉得更多。事實(shí)上，石頭越多，彈簧床面彎曲得越厲害。
同樣的道理，宇宙中的大質(zhì)量物體會(huì)使宇宙結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。正如10塊石頭比1塊石頭使彈簧床面彎曲得更厲害一樣，質(zhì)量比太陽(yáng)大得多的天體比等于或小于一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的天體使空間彎曲得厲害得多。
如果一個(gè)網(wǎng)球在一張繃緊了的平坦的彈簧床上滾動(dòng)，它將沿直線(xiàn)前進(jìn)。反之，如果它經(jīng)過(guò)一個(gè)下凹的地方 ，則它的路徑呈弧形。同理，天體穿行時(shí)空的平坦區(qū)域時(shí)繼續(xù)沿直線(xiàn)前進(jìn)，而那些穿越彎曲區(qū)域的天體將沿彎曲的軌跡前進(jìn)。
現(xiàn)在再來(lái)看看黑洞對(duì)于其周?chē)臅r(shí)空區(qū)域的影響。設(shè)想在彈簧床面上放置一塊質(zhì)量非常大的石頭代表密度極大的黑洞。自然，石頭將大大地影響床面，不僅會(huì)使其表面彎曲下陷，還可能使床面發(fā)生斷裂。類(lèi)似的情形同樣可以宇宙出現(xiàn)，若宇宙中存在黑洞，則該處的宇宙結(jié)構(gòu)將被撕裂。這種時(shí)空結(jié)構(gòu)的破裂叫做時(shí)空的奇異性或奇點(diǎn)。
現(xiàn)在我們來(lái)看看為什么任何東西都不能從黑洞逃逸出去。正如一個(gè)滾過(guò)彈簧床面的網(wǎng)球，會(huì)掉進(jìn)大石頭形成的深洞一樣，一個(gè)經(jīng)過(guò)黑洞的物體也會(huì)被其引力陷阱所捕獲。而且，若要挽救運(yùn)氣不佳的物體需要無(wú)窮大的能量。
我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)，沒(méi)有任何能進(jìn)入黑洞而再逃離它的東西。但科學(xué)家認(rèn)為黑洞會(huì)緩慢地釋放其能量。著名的英國(guó)物理學(xué)家霍金在1974年證明黑洞有一個(gè)不為零的溫度，有一個(gè)比其周?chē)h(huán)境要高一些的溫度。依照物理學(xué)原理，一切比其周?chē)鷾囟雀叩奈矬w都要釋放出熱量，同樣黑洞也不例外。一個(gè)黑洞會(huì)持續(xù)幾百萬(wàn)萬(wàn)億年散發(fā)能量，黑洞釋放能量稱(chēng)為：霍金輻射。黑洞散盡所有能量就會(huì)消失。
處于時(shí)間與空間之間的黑洞，使時(shí)間放慢腳步，使空間變得有彈性，同時(shí)吞進(jìn)所有經(jīng)過(guò)它的一切。1969年，美國(guó)物理學(xué)家約翰 阿提 惠勒將這種貪得無(wú)厭的空間命名為“黑洞”。
我們都知道因?yàn)楹诙床荒芊瓷涔猓钥床灰?jiàn)。在我們的腦海中黑洞可能是遙遠(yuǎn)而又漆黑的。但英國(guó)著名物理學(xué)家霍金認(rèn)為黑洞并不如大多數(shù)人想象中那樣黑。通過(guò)科學(xué)家的觀測(cè)，黑洞周?chē)嬖谳椛洌液芸赡軄?lái)自于黑洞，也就是說(shuō)，黑洞可能并沒(méi)有想象中那樣黑。霍金指出黑洞的放射性物質(zhì)來(lái)源是一種實(shí)粒子，這些粒子在太空中成對(duì)產(chǎn)生，不遵從通常的物理定律。而且這些粒子發(fā)生碰撞后，有的就會(huì)消失在茫茫太空中。一般說(shuō)來(lái)，可能直到這些粒子消失時(shí)，我們都未曾有機(jī)會(huì)看到它們。
霍金還指出，黑洞產(chǎn)生的同時(shí)，實(shí)粒子就會(huì)相應(yīng)成對(duì)出現(xiàn)。其中一個(gè)實(shí)粒子會(huì)被吸進(jìn)黑洞中，另一個(gè)則會(huì)逃逸，一束逃逸的實(shí)粒子看起來(lái)就像光子一樣。對(duì)觀察者而言，看到逃逸的實(shí)粒子就感覺(jué)是看到來(lái)自黑洞中的射線(xiàn)一樣。
所以，引用霍金的話(huà)就是“黑洞并沒(méi)有想象中的那樣黑”，它實(shí)際上還發(fā)散出大量的光子。
根據(jù)愛(ài)因斯坦的能量與質(zhì)量守恒定律。當(dāng)物體失去能量時(shí)，同時(shí)也會(huì)失去質(zhì)量。黑洞同樣遵從能量與質(zhì)量守恒定律，當(dāng)黑洞失去能量時(shí)，黑洞也就不存在了。霍金預(yù)言，黑洞消失的一瞬間會(huì)產(chǎn)生劇烈的爆炸，釋放出的能量相當(dāng)于數(shù)百萬(wàn)顆氫彈的能量。
但你不要滿(mǎn)懷期望地抬起頭，以為會(huì)看到一場(chǎng)煙花表演。事實(shí)上，黑洞爆炸后，釋放的能量非常大，很有可能對(duì)身體是有害的。而且，能量釋放的時(shí)間也非常長(zhǎng)，有的會(huì)超過(guò)100億至200億年，比我們宇宙的歷史還長(zhǎng)，而徹底散盡能量則需要數(shù)萬(wàn)億年的時(shí)間
“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來(lái)。
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(xiàn)射出。而恒星的半徑越小，它對(duì)周?chē)臅r(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。
等恒星的半徑小于一特定值（天文學(xué)上叫“施瓦西半徑”）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”，是指任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，就再不能逃出，包括光。實(shí)際上黑洞真正是“隱形”的，等一會(huì)兒我們會(huì)講到。
黑洞的形成
跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來(lái)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。
質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽(yáng)的質(zhì)量。如果超過(guò)了這個(gè)值，那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。
這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個(gè)體積很小、密度趨向很大。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無(wú)法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。
特殊的黑洞
與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無(wú)法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來(lái)的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線(xiàn)傳播的。這是一個(gè)最基本的常識(shí)。可是根據(jù)廣義相對(duì)論，空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線(xiàn)，而是曲線(xiàn)。形象地講，好像光本來(lái)是要走直線(xiàn)的，只不過(guò)強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來(lái)的方向。
在地球上，由于引力場(chǎng)作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周?chē)臻g的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線(xiàn)會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見(jiàn)這顆恒星的“臉”，還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背！
“黑洞”無(wú)疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說(shuō)之一。許多科學(xué)家正在為揭開(kāi)它的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。不過(guò)，這些當(dāng)代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言?xún)烧Z(yǔ)能說(shuō)清楚的。有興趣的朋友可以去參考專(zhuān)門(mén)的論著。
按組成來(lái)劃分，黑洞可以分為兩大類(lèi)。一是暗能量黑洞，二是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋轉(zhuǎn)的巨大的暗能量組成，它內(nèi)部沒(méi)有巨大的質(zhì)量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)部產(chǎn)生巨大的負(fù)壓以吞噬物體，從而形成黑洞，詳情請(qǐng)看宇“宙黑洞論”。暗能量黑洞是星系形成的基礎(chǔ)，也是星團(tuán)、星系團(tuán)形成的基礎(chǔ)。物理黑洞由一顆或多顆天體坍縮形成，具有巨大的質(zhì)量。當(dāng)一個(gè)物理黑洞的質(zhì)量等于或大于一個(gè)星系的質(zhì)量時(shí)，我們稱(chēng)之為奇點(diǎn)黑洞。暗能量黑洞的體積很大，可以有太陽(yáng)系那般大。但物理黑洞的體積卻非常小，它可以縮小到一個(gè)奇點(diǎn)。
黑洞吸積
黑洞通常是因?yàn)樗鼈兙蹟n周?chē)臍怏w產(chǎn)生輻射而被發(fā)現(xiàn)的，這一過(guò)程被稱(chēng)為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會(huì)嚴(yán)重影響吸積流的幾何與動(dòng)力學(xué)特性。目前觀測(cè)到了輻射效率較高的薄盤(pán)以及輻射效率較低的厚盤(pán)。當(dāng)吸積氣體接近中央黑洞時(shí)，它們產(chǎn)生的輻射對(duì)黑洞的自轉(zhuǎn)以及視界的存在極為敏感。對(duì)吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉(zhuǎn)黑洞和視界的存在提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。數(shù)值模擬也顯示吸積黑洞經(jīng)常出現(xiàn)相對(duì)論噴流也部分是由黑洞的自轉(zhuǎn)所驅(qū)動(dòng)的。
天體物理學(xué)家用“吸積”這個(gè)詞來(lái)描述物質(zhì)向中央引力體或者是中央延展物質(zhì)系統(tǒng)的流動(dòng)。吸積是天體物理中最普遍的過(guò)程之一，而且也正是因?yàn)槲e才形成了我們周?chē)S多常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。在宇宙早期，當(dāng)氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢(shì)阱中心流動(dòng)時(shí)形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由氣體云在其自身引力作用下坍縮碎裂，進(jìn)而通過(guò)吸積周?chē)鷼怏w而形成的。行星——包括地球——也是在新形成的恒星周?chē)ㄟ^(guò)氣體和巖石的聚集而形成的。但是當(dāng)中央天體是一個(gè)黑洞時(shí)，吸積就會(huì)展現(xiàn)出它最為壯觀的一面。
然而黑洞并不是什么都吸收的,它也往外邊散發(fā)質(zhì)子.
爆炸的黑洞
黑洞會(huì)發(fā)出耀眼的光芒，體積會(huì)縮小，甚至?xí)ā．?dāng)英國(guó)物理學(xué)家史迪芬·霍金于1974年做此語(yǔ)言時(shí)，整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)。黑洞曾被認(rèn)為是宇宙最終的沉淀所：沒(méi)有什么可以逃出黑洞，它們吞噬了氣體和星體，質(zhì)量增大，因而洞的體積只會(huì)增大，霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍，他結(jié)合了廣義相對(duì)論和量子理論。他發(fā)現(xiàn)黑洞周?chē)囊?chǎng)釋放出能量，同時(shí)消耗黑洞的能量和質(zhì)量，這種“霍金輻射”對(duì)大多數(shù)黑洞來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)，而小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到黑洞的爆炸。
奇妙的萎縮的黑洞
當(dāng)一個(gè)粒子從黑洞逃逸而沒(méi)有償還它借來(lái)的能量，黑洞就會(huì)從它的引力場(chǎng)中喪失同樣數(shù)量的能量，而愛(ài)因斯坦的公式E=mc^2表明，能量的損失會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的損失。因此，黑洞將變輕變小。
沸騰直至毀滅
所有的黑洞都會(huì)蒸發(fā)，只不過(guò)大的黑洞沸騰得較慢，它們的輻射非常微弱，因此另人難以覺(jué)察。但是隨著黑洞逐漸變小，這個(gè)過(guò)程會(huì)加速，以至最終失控。黑洞委瑣時(shí)，引力并也會(huì)變陡，產(chǎn)生更多的逃逸粒子，從黑洞中掠奪的能量和質(zhì)量也就越多。黑洞委瑣的越來(lái)越快，促使蒸發(fā)的速度變得越來(lái)越快，周?chē)墓猸h(huán)變得更亮、更熱，當(dāng)溫度達(dá)到10^15℃時(shí)，黑洞就會(huì)在爆炸中毀滅。
關(guān)于黑洞的文章：
自古以來(lái)，人類(lèi)便一直夢(mèng)想飛上藍(lán)天，可沒(méi)人知道在湛藍(lán)的天幕之外還有一個(gè)碩大的黑色空間。在這個(gè)空間有光，有水，有生命。我們美麗的地球也是其中的一員。雖然宇宙是如此絢爛多彩，但在這里也同樣是危機(jī)四伏的。小行星，紅巨星，超新星大爆炸，黑洞……
黑洞，顧名思義就是看不見(jiàn)的具有超強(qiáng)吸引力的物質(zhì)。自從愛(ài)因斯坦和霍金通過(guò)猜測(cè)并進(jìn)行理論推導(dǎo)出有這樣一種物質(zhì)之后，科學(xué)家們就在不斷的探尋，求索，以避免我們的星球被毀滅。
黑洞與地球毀滅的關(guān)系
黑洞，實(shí)際上是一團(tuán)質(zhì)量很大的物質(zhì)，其引力極大（仡今為止還未發(fā)現(xiàn)有比它引力更大的物質(zhì)），形成一個(gè)深井。它是由質(zhì)量和密度極大的恒星不斷坍縮而形成的，當(dāng)恒星內(nèi)部的物質(zhì)核心發(fā)生極不穩(wěn)定變化之后會(huì)形成一個(gè)稱(chēng)為“奇點(diǎn)”的孤立點(diǎn)（有關(guān)細(xì)節(jié)請(qǐng)查閱愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論）。他會(huì)將一切進(jìn)入視界的物質(zhì)吸入，任何東西不能從那里逃脫出來(lái)（包括光）。他沒(méi)有具體形狀，也無(wú)法看見(jiàn)它，只能根據(jù)周?chē)行堑淖呦騺?lái)判斷它的存在。也許你會(huì)因?yàn)樗纳衩啬獪y(cè)而嚇的大叫起來(lái)，但實(shí)際上根本用不著過(guò)分擔(dān)心，雖然它有強(qiáng)大的吸引力但與此同時(shí)這也是判斷它位置的一個(gè)重要證據(jù)，就算它對(duì)距地球極近的物質(zhì)產(chǎn)生影響時(shí)，我們也還有足夠的時(shí)間挽救，因?yàn)槟菚r(shí)它的“正式邊界”還離我們很遠(yuǎn)。況且，恒星坍縮后大部分都會(huì)成為中子星或白矮星。但這并不意味著我們就可以放松警惕了（誰(shuí)知道下一刻被吸入的會(huì)不會(huì)是我們呢？），這也是人類(lèi)研究它的原因之一。
恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是依次的五個(gè)密度當(dāng)量星體,密度最小的當(dāng)然是恒星,黑洞是物質(zhì)的終極形態(tài),黑洞之后就會(huì)發(fā)生宇宙大爆炸,能量釋放出去后,又進(jìn)入一個(gè)新的循環(huán).
另外黑洞在網(wǎng)絡(luò)中指電子郵件消息丟失或Usenet公告消失的地方。
黑洞名稱(chēng)的提出
黑洞這一術(shù)語(yǔ)是不久以前才出現(xiàn)的。它是1969年美國(guó)科學(xué)家約翰·惠勒為形象描述至少可回溯到200年前的這個(gè)思想時(shí)所杜撰的名字。那時(shí)候，共有兩種光理論：一種是牛頓贊成的光的微粒說(shuō)；另一種是光的波動(dòng)說(shuō)。我們現(xiàn)在知道，實(shí)際上這兩者都是正確的。由于量子力學(xué)的波粒二象性，光既可認(rèn)為是波，也可認(rèn)為是粒子。在光的波動(dòng)說(shuō)中，不清楚光對(duì)引力如何響應(yīng)。但是如果光是由粒子組成的，人們可以預(yù)料，它們正如同炮彈、火箭和行星那樣受引力的影響。起先人們以為，光粒子無(wú)限快地運(yùn)動(dòng)，所以引力不可能使之慢下來(lái)，但是羅麥關(guān)于光速度有限的發(fā)現(xiàn)表明引力對(duì)之可有重要效應(yīng)。
1783年，劍橋的學(xué)監(jiān)約翰·米歇爾在這個(gè)假定的基礎(chǔ)上，在《倫敦皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇文章。他指出，一個(gè)質(zhì)量足夠大并足夠緊致的恒星會(huì)有如此強(qiáng)大的引力場(chǎng)，以致于連光線(xiàn)都不能逃逸——任何從恒星表面發(fā)出的光，還沒(méi)到達(dá)遠(yuǎn)處即會(huì)被恒星的引力吸引回來(lái)。米歇爾暗示，可能存在大量這樣的恒星，雖然會(huì)由于從它們那里發(fā)出的光不會(huì)到達(dá)我們這兒而使我們不能看到它們，但我們?nèi)匀豢梢愿械剿鼈兊囊Φ奈饔谩＿@正是我們現(xiàn)在稱(chēng)為黑洞的物體。它是名符其實(shí)的——在空間中的黑的空洞。幾年之后，法國(guó)科學(xué)家拉普拉斯侯爵顯然獨(dú)自提出和米歇爾類(lèi)似的觀念。非常有趣的是，拉普拉斯只將此觀點(diǎn)納入他的《世界系統(tǒng)》一書(shū)的第一版和第二版中，而在以后的版本中將其刪去，可能他認(rèn)為這是一個(gè)愚蠢的觀念。（此外，光的微粒說(shuō)在19世紀(jì)變得不時(shí)髦了；似乎一切都可以以波動(dòng)理論來(lái)解釋?zhuān)凑詹▌?dòng)理論，不清楚光究竟是否受到引力的影響。）
事實(shí)上，因?yàn)楣馑偈枪潭ǖ模裕谂ｎD引力論中將光類(lèi)似炮彈那樣處理實(shí)在很不協(xié)調(diào)。（從地面發(fā)射上天的炮彈由于引力而減速，最后停止上升并折回地面；然而，一個(gè)光子必須以不變的速度繼續(xù)向上，那么牛頓引力對(duì)于光如何發(fā)生影響呢？）直到1915年愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論之前，一直沒(méi)有關(guān)于引力如何影響光的協(xié)調(diào)的理論。甚至又過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間，這個(gè)理論對(duì)大質(zhì)量恒星的含意才被理解。
為了理解黑洞是如何形成的，我們首先需要理解一個(gè)恒星的生命周期。起初，大量的氣體（大部分為氫）受自身的引力吸引，而開(kāi)始向自身坍縮而形成恒星。當(dāng)它收縮時(shí)，氣體原子相互越來(lái)越頻繁地以越來(lái)越大的速度碰撞——?dú)怏w的溫度上升。最后，氣體變得如此之熱，以至于當(dāng)氫原子碰撞時(shí)，它們不再?gòu)楅_(kāi)而是聚合形成氦。如同一個(gè)受控氫彈爆炸，反應(yīng)中釋放出來(lái)的熱使得恒星發(fā)光。這增添的熱又使氣體的壓力升高，直到它足以平衡引力的吸引，這時(shí)氣體停止收縮。這有一點(diǎn)像氣球——內(nèi)部氣壓試圖使氣球膨脹，橡皮的張力試圖使氣球縮小，它們之間存在一個(gè)平衡。從核反應(yīng)發(fā)出的熱和引力吸引的平衡，使恒星在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持這種平衡。然而，最終恒星會(huì)耗盡了它的氫和其他核燃料。貌似大謬，其實(shí)不然的是，恒星初始的燃料越多，它則燃盡得越快。這是因?yàn)楹阈堑馁|(zhì)量越大，它就必須越熱才足以抵抗引力。而它越熱，它的燃料就被用得越快。我們的太陽(yáng)大概足夠再燃燒50多億年，但是質(zhì)量更大的恒星可以在1億年這么短的時(shí)間內(nèi)用盡其燃料， 這個(gè)時(shí)間尺度比宇宙的年齡短得多了。當(dāng)恒星耗盡了燃料，它開(kāi)始變冷并開(kāi)始收縮。隨后發(fā)生的情況只有等到本世紀(jì)20年代末才初次被人們理解。
1928年，一位印度研究生——薩拉瑪尼安·強(qiáng)德拉塞卡——乘船來(lái)英國(guó)劍橋跟英國(guó)天文學(xué)家阿瑟·愛(ài)丁頓爵士（一位廣義相對(duì)論家）學(xué)習(xí)。（據(jù)記載，在本世紀(jì)20年代初有一位記者告訴愛(ài)丁頓，說(shuō)他聽(tīng)說(shuō)世界上只有三個(gè)人能理解廣義相對(duì)論，愛(ài)丁頓停了一下，然后回答：“我正在想這第三個(gè)人是誰(shuí)”。）在他從印度來(lái)英的旅途中，強(qiáng)德拉塞卡算出在耗盡所有燃料之后，多大的恒星可以繼續(xù)對(duì)抗自己的引力而維持自己。這個(gè)思想是說(shuō)：當(dāng)恒星變小時(shí)，物質(zhì)粒子靠得非常近，而按照泡利不相容原理，它們必須有非常不同的速度。這使得它們互相散開(kāi)并企圖使恒星膨脹。一顆恒星可因引力作用和不相容原理引起的排斥力達(dá)到平衡而保持其半徑不變，正如在它的生命的早期引力被熱所平衡一樣。
然而，強(qiáng)德拉塞卡意識(shí)到，不相容原理所能提供的排斥力有一個(gè)極限。恒星中的粒子的最大速度差被相對(duì)論限制為光速。這意味著，恒星變得足夠緊致之時(shí)，由不相容原理引起的排斥力就會(huì)比引力的作用小。強(qiáng)德拉塞卡計(jì)算出；一個(gè)大約為太陽(yáng)質(zhì)量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。（這質(zhì)量現(xiàn)在稱(chēng)為強(qiáng)德拉塞卡極限。）蘇聯(lián)科學(xué)家列夫·達(dá)維多維奇·蘭道幾乎在同時(shí)也得到了類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)。
這對(duì)大質(zhì)量恒星的最終歸宿具有重大的意義。如果一顆恒星的質(zhì)量比強(qiáng)德拉塞卡極限小，它最后會(huì)停止收縮并終于變成一顆半徑為幾千英哩和密度為每立方英寸幾百?lài)嵉摹鞍装恰薄０装鞘撬镔|(zhì)中電子之間的不相容原理排斥力所支持的。我們觀察到大量這樣的白矮星。第一顆被觀察到的是繞著夜空中最亮的恒星——天狼星轉(zhuǎn)動(dòng)的那一顆。
蘭道指出，對(duì)于恒星還存在另一可能的終態(tài)。其極限質(zhì)量大約也為太陽(yáng)質(zhì)量的一倍或二倍，但是其體積甚至比白矮星還小得多。這些恒星是由中子和質(zhì)子之間，而不是電子之間的不相容原理排斥力所支持。所以它們被叫做中子星。它們的半徑只有10英哩左右，密度為每立方英寸幾億噸。在中子星被第一次預(yù)言時(shí)，并沒(méi)有任何方法去觀察它。實(shí)際上，很久以后它們才被觀察到。
另一方面，質(zhì)量比強(qiáng)德拉塞卡極限還大的恒星在耗盡其燃料時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的問(wèn)題：在某種情形下，它們會(huì)爆炸或拋出足夠的物質(zhì)，使自己的質(zhì)量減少到極限之下，以避免災(zāi)難性的引力坍縮。但是很難令人相信，不管恒星有多大，這總會(huì)發(fā)生。怎么知道它必須損失重量呢？即使每個(gè)恒星都設(shè)法失去足夠多的重量以避免坍縮，如果你把更多的質(zhì)量加在白矮星或中子星上，使之超過(guò)極限將會(huì)發(fā)生什么？它會(huì)坍縮到無(wú)限密度嗎？愛(ài)丁頓為此感到震驚，他拒絕相信強(qiáng)德拉塞卡的結(jié)果。愛(ài)丁頓認(rèn)為，一顆恒星不可能坍縮成一點(diǎn)。這是大多數(shù)科學(xué)家的觀點(diǎn)：愛(ài)因斯坦自己寫(xiě)了一篇論文，宣布恒星的體積不會(huì)收縮為零。其他科學(xué)家，尤其是他以前的老師、恒星結(jié)構(gòu)的主要權(quán)威——愛(ài)丁頓的敵意使強(qiáng)德拉塞卡拋棄了這方面的工作，轉(zhuǎn)去研究諸如恒星團(tuán)運(yùn)動(dòng)等其他天文學(xué)問(wèn)題。然而，他獲得1983年諾貝爾獎(jiǎng)，至少部分原因在于他早年所做的關(guān)于冷恒星的質(zhì)量極限的工作。
強(qiáng)德拉塞卡指出，不相容原理不能夠阻止質(zhì)量大于強(qiáng)德拉塞卡極限的恒星發(fā)生坍縮。但是，根據(jù)廣義相對(duì)論，這樣的恒星會(huì)發(fā)生什么情況呢？這個(gè)問(wèn)題被一位年輕的美國(guó)人羅伯特·奧本海默于1939年首次解決。然而，他所獲得的結(jié)果表明，用當(dāng)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡去觀察不會(huì)再有任何結(jié)果。以后，因第二次世界大戰(zhàn)的干擾，奧本海默本人非常密切地卷入到原子彈計(jì)劃中去。戰(zhàn)后，由于大部分科學(xué)家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去，因而引力坍縮的問(wèn)題被大部分人忘記了。
現(xiàn)在，我們從奧本海默的工作中得到一幅這樣的圖象：恒星的引力場(chǎng)改變了光線(xiàn)的路徑，使之和原先沒(méi)有恒星情況下的路徑不一樣。光錐是表示光線(xiàn)從其頂端發(fā)出后在空間——時(shí)間里傳播的軌道。光錐在恒星表面附近稍微向內(nèi)偏折，在日食時(shí)觀察遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線(xiàn)，可以看到這種偏折現(xiàn)象。當(dāng)該恒星收縮時(shí)，其表面的引力場(chǎng)變得很強(qiáng)，光線(xiàn)向內(nèi)偏折得更多，從而使得光線(xiàn)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(xiàn)變得更黯淡更紅。最后，當(dāng)這恒星收縮到某一臨界半徑時(shí)，表面的引力場(chǎng)變得如此之強(qiáng)，使得光錐向內(nèi)偏折得這么多，以至于光線(xiàn)再也逃逸不出去 。根據(jù)相對(duì)論，沒(méi)有東西會(huì)走得比光還快。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)被引力拉回去。也就是說(shuō)，存在一個(gè)事件的集合或空間——時(shí)間區(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。現(xiàn)在我們將這區(qū)域稱(chēng)作黑洞，將其邊界稱(chēng)作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線(xiàn)的軌跡相重合。
當(dāng)你觀察一個(gè)恒星坍縮并形成黑洞時(shí)，為了理解你所看到的情況，切記在相對(duì)論中沒(méi)有絕對(duì)時(shí)間。每個(gè)觀測(cè)者都有自己的時(shí)間測(cè)量。由于恒星的引力場(chǎng)，在恒星上某人的時(shí)間將和在遠(yuǎn)處某人的時(shí)間不同。假定在坍縮星表面有一無(wú)畏的航天員和恒星一起向內(nèi)坍縮，按照他的表，每一秒鐘發(fā)一信號(hào)到一個(gè)繞著該恒星轉(zhuǎn)動(dòng)的空間飛船上去。在他的表的某一時(shí)刻，譬如11點(diǎn)鐘，恒星剛好收縮到它的臨界半徑，此時(shí)引力場(chǎng)強(qiáng)到?jīng)]有任何東西可以逃逸出去，他的信號(hào)再也不能傳到空間飛船了。當(dāng)11點(diǎn)到達(dá)時(shí)，他在空間飛船中的伙伴發(fā)現(xiàn)，航天員發(fā)來(lái)的一串信號(hào)的時(shí)間間隔越變?cè)介L(zhǎng)。但是這個(gè)效應(yīng)在10點(diǎn)59分59秒之前是非常微小的。在收到10點(diǎn)59分58秒和10點(diǎn)59分59秒發(fā)出的兩個(gè)信號(hào)之間，他們只需等待比一秒鐘稍長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間，然而他們必須為11點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)等待無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間。按照航天員的手表，光波是在10點(diǎn)59分59秒和11點(diǎn)之間由恒星表面發(fā)出；從空間飛船上看，那光波被散開(kāi)到無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間間隔里。在空間飛船上收到這一串光波的時(shí)間間隔變得越來(lái)越長(zhǎng)，所以恒星來(lái)的光顯得越來(lái)越紅、越來(lái)越淡，最后，該恒星變得如此之朦朧，以至于從空間飛船上再也看不見(jiàn)它，所余下的只是空間中的一個(gè)黑洞。然而，此恒星繼續(xù)以同樣的引力作用到空間飛船上，使飛船繼續(xù)繞著所形成的黑洞旋轉(zhuǎn)。
但是由于以下的問(wèn)題，使得上述情景不是完全現(xiàn)實(shí)的。你離開(kāi)恒星越遠(yuǎn)則引力越弱，所以作用在這位無(wú)畏的航天員腳上的引力總比作用到他頭上的大。在恒星還未收縮到臨界半徑而形成事件視界之前，這力的差就已經(jīng)將我們的航天員拉成意大利面條那樣，甚至將他撕裂！然而，我們相信，在宇宙中存在質(zhì)量大得多的天體，譬如星系的中心區(qū)域，它們?cè)馐艿揭μs而產(chǎn)生黑洞；一位在這樣的物體上面的航天員在黑洞形成之前不會(huì)被撕開(kāi)。事實(shí)上，當(dāng)他到達(dá)臨界半徑時(shí)，不會(huì)有任何異樣的感覺(jué)，甚至在通過(guò)永不回返的那一點(diǎn)時(shí)，都沒(méi)注意到。但是，隨著這區(qū)域繼續(xù)坍縮，只要在幾個(gè)鐘頭之內(nèi)，作用到他頭上和腳上的引力之差會(huì)變得如此之大，以至于再將其撕裂。
羅杰·彭羅斯和我在1965年和1970年之間的研究指出，根據(jù)廣義相對(duì)論，在黑洞中必然存在無(wú)限大密度和空間——時(shí)間曲率的奇點(diǎn)。這和時(shí)間開(kāi)端時(shí)的大爆炸相當(dāng)類(lèi)似，只不過(guò)它是一個(gè)坍縮物體和航天員的時(shí)間終點(diǎn)而已。在此奇點(diǎn)，科學(xué)定律和我們預(yù)言將來(lái)的能力都失效了。然而，任何留在黑洞之外的觀察者，將不會(huì)受到可預(yù)見(jiàn)性失效的影響，因?yàn)閺钠纥c(diǎn)出發(fā)的不管是光還是任何其他信號(hào)都不能到達(dá)他那兒。這令人驚奇的事實(shí)導(dǎo)致羅杰·彭羅斯提出了宇宙監(jiān)督猜測(cè)，它可以被意譯為：“上帝憎惡裸奇點(diǎn)。”換言之，由引力坍縮所產(chǎn)生的奇點(diǎn)只能發(fā)生在像黑洞這樣的地方，在那兒它被事件視界體面地遮住而不被外界看見(jiàn)。嚴(yán)格地講，這是所謂弱的宇宙監(jiān)督猜測(cè)：它使留在黑洞外面的觀察者不致受到發(fā)生在奇點(diǎn)處的可預(yù)見(jiàn)性失效的影響，但它對(duì)那位不幸落到
黑洞 black hole
一團(tuán)物質(zhì),如果其引力場(chǎng)強(qiáng)大到足以使時(shí)空完全彎曲而圍繞它自身,因而任何東西,甚至連光都無(wú)法逃逸,就叫做黑洞.不太多的物質(zhì)被壓縮到極高密度(例如將地球壓縮到一粒豌豆大小),或者,極大的一團(tuán)較低密度物質(zhì)(例如幾百萬(wàn)倍于太陽(yáng)的質(zhì)量分布在直徑與太陽(yáng)系一樣的球中,大致具有水的密度),都能出現(xiàn)這種情形.
第一位提出可能存在引力強(qiáng)大到光線(xiàn)不能逃離的'黑洞'的人是皇家學(xué)會(huì)特別會(huì)員約翰·米切爾,他于1783年向皇家學(xué)會(huì)陳述了這一見(jiàn)解.米切爾的計(jì)算依據(jù)是牛頓引力理論和光的微粒理論.前者是當(dāng)時(shí)最好的引力理論.后者則把光設(shè)想為有如小型炮彈的微小粒子(現(xiàn)在叫做光子)流.米切爾假定,這些光粒子應(yīng)該像任何其他物體一樣受到引力的影響.由于奧利·羅默(Ole Romer)早在100多年前就精確測(cè)定了光速.所以米切爾得以計(jì)算一個(gè)具有太陽(yáng)密度的天體必須多大,才能使逃逸速度大于光速.
如果這樣的天體存在,光就不能逃離它們,所以它們應(yīng)該是黑的.太陽(yáng)表面的逃逸速度只有光速的0.2%,但如果設(shè)想一系列越來(lái)越大但密度與太陽(yáng)相同的天體,則逃逸速度迅速增高.米切爾指出,直徑為太陽(yáng)直徑500倍的這樣一個(gè)天體(與太陽(yáng)系的大小相似),其逃逸速度應(yīng)該超過(guò)光速.
皮埃爾·拉普拉斯(Pierre Laplace)獨(dú)立得出并于1796年發(fā)表了同樣的結(jié)論.米切爾在一次特具先見(jiàn)之明的評(píng)論中指出,雖然這樣的天體是看不見(jiàn)的,但'如果碰巧任何其他發(fā)光天體圍繞它們運(yùn)行,我們也許仍有可能根據(jù)這些繞行天體的運(yùn)動(dòng)情況推斷中央天體的存在.換言之,米切爾認(rèn)為,如果黑洞存在于雙星中,那將最容易被發(fā)同.但這一有在黑星的見(jiàn)解在19世紀(jì)被遺忘了,直到天文學(xué)家認(rèn)識(shí)到黑洞可經(jīng)由另一途徑產(chǎn)生,在研討阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論時(shí)才重新提起.
第一次世界大戰(zhàn)時(shí)在東部戰(zhàn)線(xiàn)服役的天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)是最先對(duì)愛(ài)因斯坦理論結(jié)論進(jìn)行分析的人之一.廣義相對(duì)論將引力解釋為時(shí)空在物質(zhì)近旁彎曲的結(jié)果.史瓦西計(jì)算了球形物體周?chē)鷷r(shí)空幾何特性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型,將它的計(jì)算寄給愛(ài)因斯坦,后者于1916年初把它們提交給普魯士科學(xué)院.這些計(jì)算表明,對(duì)'任何'質(zhì)量者存在一個(gè)臨界半徑,現(xiàn)在稱(chēng)為史瓦西半徑,它對(duì)應(yīng)時(shí)空一種極端的變形,使得如果質(zhì)量被擠壓到臨界半徑以?xún)?nèi),空間將彎曲到圍繞該物體并將它與宇宙其余部分隔斷開(kāi)來(lái).它實(shí)際上成為了一個(gè)自行其是的獨(dú)立的宇宙,任何東西(光也在內(nèi))都無(wú)法逃離它.
對(duì)于太陽(yáng)史瓦西半徑是公里對(duì)于地球,它等于0.88厘米.這并不意味太陽(yáng)或地球中心有一個(gè)大小合適現(xiàn)在稱(chēng)為黑洞(這個(gè)名詞是1967年才首次由約翰·惠勒用于這一含義的東西存在.在離天體中心的這一距離上,時(shí)空沒(méi)有任何反常.史瓦西計(jì)算表明的是,如果太陽(yáng)被擠壓進(jìn)半徑2.9公里的球內(nèi),或者,如果地球被擠壓進(jìn)半徑僅0.88厘米的球內(nèi),它們就將永遠(yuǎn)在一個(gè)黑洞內(nèi)而與外部宇宙隔離.物質(zhì)仍然可以掉進(jìn)這樣一個(gè)黑洞但沒(méi)東西能夠逃出來(lái).
這些結(jié)論被看成純粹數(shù)學(xué)珍藏品達(dá)數(shù)十年之久，因?yàn)闆](méi)有人認(rèn)為真正的、實(shí)在的物體能夠坍縮到形成黑洞所要求的極端密度。1920年代開(kāi)始了解了白矮星，但即使白矮星也擁有與太陽(yáng)大致相同的質(zhì)量而大小卻與地球差不多，其半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3公里。人們也未能及時(shí)領(lǐng)悟到，如果有大量的一般密度物質(zhì)，也可以造出一個(gè)本質(zhì)上與米切爾和拉普拉斯所想像的相同的黑洞。與任意質(zhì)量M對(duì)應(yīng)的史瓦西半徑由公式2GM/c2給出，其中G是引力常數(shù)。c是光速。
1930年代，薩布拉曼揚(yáng)·昌德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）證明，即使一顆白矮星，也僅當(dāng)其質(zhì)量小于1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)才是穩(wěn)定的，任何死亡的星如果比這更重，必將進(jìn)一步坍縮。有些研究家想到了這也許會(huì)導(dǎo)致形成中子星的可能性，中子星的典型半徑僅約白矮星的1/700，也就是幾公里大小。但這個(gè)思想一直要等到1960年代中期發(fā)現(xiàn)脈沖星，證明中子星確實(shí)存在之后，才被廣泛接受。
這重新燃起了對(duì)黑洞理論的興趣，因?yàn)橹凶有遣畈欢嗑鸵兂珊诙戳恕ｋm然很難想像將太陽(yáng)壓縮到半徑2.9公里以?xún)?nèi)，但現(xiàn)在已經(jīng)知道存在質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)、半徑小于10公里的中子星，從中子星到黑洞也就一步之遙了。
理論研究表明，一個(gè)黑洞的行為僅由其三個(gè)特性所規(guī)定——它的質(zhì)量、它的電荷和它的自轉(zhuǎn)（角動(dòng)量）。無(wú)電荷、無(wú)自轉(zhuǎn)的黑洞用愛(ài)因斯坦方程式的史瓦西解描述；有電荷、無(wú)自轉(zhuǎn)的黑洞用賴(lài)斯納—諾德斯特羅姆解描述；無(wú)電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾解描述；有電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾—紐曼解描述。黑洞沒(méi)有其他特性，這已由‘黑洞沒(méi)有毛發(fā)’這句名言所概括。現(xiàn)實(shí)的黑洞大概應(yīng)該是自轉(zhuǎn)而無(wú)電荷，所以克爾解最令人感興趣。
現(xiàn)在都認(rèn)為，黑洞和中子星都是在磊質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí)的臨死掙扎中產(chǎn)生的。計(jì)算表明，任何質(zhì)量大致小于3倍太陽(yáng)質(zhì)量（奧本海默—弗爾科夫極限）的至密超新星遺跡可以形成穩(wěn)定的中子星，但任何質(zhì)量大于這一極限的致密進(jìn)退新星遺跡將坍縮為黑洞，其內(nèi)容物將被壓進(jìn)黑洞中心的奇點(diǎn)，這正好是宇宙由之誕生的大爆炸奇點(diǎn)的鏡像反轉(zhuǎn)。如果這樣一個(gè)天體碰巧在繞一顆普通恒星的軌道上，它將剝奪伴星的物質(zhì)，形成一個(gè)由向黑洞匯集的熱物質(zhì)構(gòu)成的吸積盤(pán)。吸積盤(pán)中的溫度可以升至極高，以致它能輻射X射線(xiàn)，而使黑洞可被探測(cè)到。
1970年代初，米切爾的預(yù)言有了反響：在一個(gè)雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了這樣一種天體。一個(gè)叫做天鵝座X—1的X射線(xiàn)源被證認(rèn)為恒星HDE226868。這個(gè)系統(tǒng)的軌道動(dòng)力學(xué)特性表明，該源的X射線(xiàn)來(lái)自圍繞可見(jiàn)星軌道上一個(gè)比地球小的天體，但源的質(zhì)量卻大于奧本海默—弗爾科夫極限。這只可能是一個(gè)黑洞。此后，用同一方法又證認(rèn)了其他少數(shù)幾個(gè)黑洞。而1994年天鵝座V404這個(gè)系統(tǒng)成為迄今最佳黑洞‘候選體’，這是一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量70%的恒星圍繞大約12倍太陽(yáng)質(zhì)量的X射線(xiàn)源運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。但是，這些已被認(rèn)可的黑洞證認(rèn)大概不過(guò)是冰山之尖而已。
這種‘恒星質(zhì)量’黑洞，正如米切爾領(lǐng)悟的，只有當(dāng)它們?cè)陔p星系統(tǒng)中時(shí)才能探測(cè)到。一個(gè)孤立的黑洞無(wú)愧于它的名稱(chēng)——它是黑暗的、不可探測(cè)的。然而，根據(jù)天體物理學(xué)理論，很多恒星應(yīng)該以中子星或黑洞作為其生命的結(jié)束。觀測(cè)者在雙星系統(tǒng)中實(shí)際上探測(cè)到的合適黑洞候選者差不多與他們發(fā)現(xiàn)的脈沖雙星一樣多，這表示孤立的恒星質(zhì)量黑洞數(shù)目應(yīng)該與孤立的脈沖星數(shù)目相同，這一推測(cè)得到了理論計(jì)算的支持。 我們銀河系中現(xiàn)在已知大約500個(gè)活動(dòng)的脈沖星。但理論表明，一個(gè)脈沖星作為射電源的活動(dòng)期是很短的，它很快衰竭成無(wú)法探測(cè)的寧?kù)o狀態(tài)。所以，相應(yīng)地我們周?chē)鷳?yīng)該存在更多的‘死’脈沖星（寧?kù)o中子星）。我們的銀河指法含有1000億顆明亮的恒星，而且已經(jīng)存在了數(shù)十億年之久。最佳的估計(jì)是，我們銀河指法今天含有4億個(gè)死脈沖星，而恒星質(zhì)量黑洞數(shù)量的甚至保守估計(jì)也達(dá)到這一數(shù)字的1/4——1億個(gè)。如果真有這么多黑洞，而黑洞又無(wú)規(guī)則地散布在銀河系中的話(huà)，則最近的一個(gè)黑洞也離我們僅僅15光年。既然我們銀河系沒(méi)有什么獨(dú)特之處，那么宇宙中每個(gè)其他的星系也應(yīng)該含有同樣多的黑洞。Ic
星系也可能含有某種很像米切爾的拉普拉斯最初設(shè)想的‘黑星’的天體。這樣的天體現(xiàn)在稱(chēng)為‘特大質(zhì)量黑洞’，被認(rèn)為存在于活動(dòng)星系和類(lèi)星體的中心，它們提供的引力能可能解釋這些天體的巨大能量來(lái)源。一個(gè)大小如太陽(yáng)系、質(zhì)量數(shù)百萬(wàn)倍于太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，可以從周?chē)磕晔车粢坏絻深w恒星的物質(zhì)。在這個(gè)過(guò)程中，很大一部分恒星質(zhì)量將遵照愛(ài)因斯坦分工E=mc2轉(zhuǎn)變成能量。寧?kù)o的超大質(zhì)量黑洞可能存在于包括我們銀河系在內(nèi)的所有星系星系的中心。
1994年，利用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，在離我們銀河系1500萬(wàn)秒差距的星系M87中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大小約15萬(wàn)秒差距的熱物質(zhì)盤(pán)，在繞該星系中心區(qū)運(yùn)動(dòng)，速率達(dá)到約2百萬(wàn)公里每小時(shí)（約5*10-7 5乘于10的7次方，厘米/秒，幾乎是光速的0.2%）。從M87的中心‘引擎’射出一條長(zhǎng)度超過(guò)1千秒差距的氣體噴流。M87中心吸積盤(pán)中的軌道速率決定性地證明，它是一個(gè)擁有30億倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞引力控制之下，噴流則可解釋為從吸積系統(tǒng)的一個(gè)極區(qū)涌出來(lái)的能量。
也是在1994年，牛津大學(xué)和基爾大學(xué)的天文學(xué)家，在稱(chēng)為天鵝座V404的雙星系統(tǒng)中證認(rèn)了一個(gè)恒星質(zhì)量黑洞。我們已經(jīng)指出，該系統(tǒng)的軌道參數(shù)使他們得以給黑洞準(zhǔn)確‘量體重’，得出黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)的12倍，而圍繞它運(yùn)動(dòng)的普通恒星僅有太陽(yáng)質(zhì)量的70%左右。這是迄今對(duì)‘黑星’質(zhì)量有最精確測(cè)量，因而它也是關(guān)于黑洞存在的最佳的、獨(dú)特的證明.
有人推測(cè)，大爆炸中可能已經(jīng)產(chǎn)生了大量的微黑洞或原始黑洞，它們提供了宇宙質(zhì)量的相當(dāng)大部分。這種微黑洞典型大小同一個(gè)原子相當(dāng)，質(zhì)量大概是1億噸（10-11， 10的11次方千克）。沒(méi)有證據(jù)表示這種天體確實(shí)存在，但也很難證明它們不存在。
參考資料：http://www.astron.sh.cn/cgi-bin/topic.cgi?forum=1&topic=4242
回答者：正宗百科全書(shū) - 舉人 四級(jí) 3-10 17:40
黑洞 black hole
一團(tuán)物質(zhì),如果其引力場(chǎng)強(qiáng)大到足以使時(shí)空完全彎曲而圍繞它自身,因而任何東西,甚至連光都無(wú)法逃逸,就叫做黑洞.不太多的物質(zhì)被壓縮到極高密度(例如將地球壓縮到一粒豌豆大小),或者,極大的一團(tuán)較低密度物質(zhì)(例如幾百萬(wàn)倍于太陽(yáng)的質(zhì)量分布在直徑與太陽(yáng)系一樣的球中,大致具有水的密度),都能出現(xiàn)這種情形.
第一位提出可能存在引力強(qiáng)大到光線(xiàn)不能逃離的'黑洞'的人是皇家學(xué)會(huì)特別會(huì)員約翰·米切爾,他于1783年向皇家學(xué)會(huì)陳述了這一見(jiàn)解.米切爾的計(jì)算依據(jù)是牛頓引力理論和光的微粒理論.前者是當(dāng)時(shí)最好的引力理論.后者則把光設(shè)想為有如小型炮彈的微小粒子(現(xiàn)在叫做光子)流.米切爾假定,這些光粒子應(yīng)該像任何其他物體一樣受到引力的影響.由于奧利·羅默(Ole Romer)早在100多年前就精確測(cè)定了光速.所以米切爾得以計(jì)算一個(gè)具有太陽(yáng)密度的天體必須多大,才能使逃逸速度大于光速.
如果這樣的天體存在,光就不能逃離它們,所以它們應(yīng)該是黑的.太陽(yáng)表面的逃逸速度只有光速的0.2%,但如果設(shè)想一系列越來(lái)越大但密度與太陽(yáng)相同的天體,則逃逸速度迅速增高.米切爾指出,直徑為太陽(yáng)直徑500倍的這樣一個(gè)天體(與太陽(yáng)系的大小相似),其逃逸速度應(yīng)該超過(guò)光速.
皮埃爾·拉普拉斯(Pierre Laplace)獨(dú)立得出并于1796年發(fā)表了同樣的結(jié)論.米切爾在一次特具先見(jiàn)之明的評(píng)論中指出,雖然這樣的天體是看不見(jiàn)的,但'如果碰巧任何其他發(fā)光天體圍繞它們運(yùn)行,我們也許仍有可能根據(jù)這些繞行天體的運(yùn)動(dòng)情況推斷中央天體的存在.換言之,米切爾認(rèn)為,如果黑洞存在于雙星中,那將最容易被發(fā)同.但這一有在黑星的見(jiàn)解在19世紀(jì)被遺忘了,直到天文學(xué)家認(rèn)識(shí)到黑洞可經(jīng)由另一途徑產(chǎn)生,在研討阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論時(shí)才重新提起.
第一次世界大戰(zhàn)時(shí)在東部戰(zhàn)線(xiàn)服役的天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)是最先對(duì)愛(ài)因斯坦理論結(jié)論進(jìn)行分析的人之一.廣義相對(duì)論將引力解釋為時(shí)空在物質(zhì)近旁彎曲的結(jié)果.史瓦西計(jì)算了球形物體周?chē)鷷r(shí)空幾何特性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型,將它的計(jì)算寄給愛(ài)因斯坦,后者于1916年初把它們提交給普魯士科學(xué)院.這些計(jì)算表明,對(duì)'任何'質(zhì)量者存在一個(gè)臨界半徑,現(xiàn)在稱(chēng)為史瓦西半徑,它對(duì)應(yīng)時(shí)空一種極端的變形,使得如果質(zhì)量被擠壓到臨界半徑以?xún)?nèi),空間將彎曲到圍繞該物體并將它與宇宙其余部分隔斷開(kāi)來(lái).它實(shí)際上成為了一個(gè)自行其是的獨(dú)立的宇宙,任何東西(光也在內(nèi))都無(wú)法逃離它.
對(duì)于太陽(yáng)史瓦西半徑是公里對(duì)于地球,它等于0.88厘米.這并不意味太陽(yáng)或地球中心有一個(gè)大小合適現(xiàn)在稱(chēng)為黑洞(這個(gè)名詞是1967年才首次由約翰·惠勒用于這一含義的東西存在.在離天體中心的這一距離上,時(shí)空沒(méi)有任何反常.史瓦西計(jì)算表明的是,如果太陽(yáng)被擠壓進(jìn)半徑2.9公里的球內(nèi),或者,如果地球被擠壓進(jìn)半徑僅0.88厘米的球內(nèi),它們就將永遠(yuǎn)在一個(gè)黑洞內(nèi)而與外部宇宙隔離.物質(zhì)仍然可以掉進(jìn)這樣一個(gè)黑洞但沒(méi)東西能夠逃出來(lái).
這些結(jié)論被看成純粹數(shù)學(xué)珍藏品達(dá)數(shù)十年之久，因?yàn)闆](méi)有人認(rèn)為真正的、實(shí)在的物體能夠坍縮到形成黑洞所要求的極端密度。1920年代開(kāi)始了解了白矮星，但即使白矮星也擁有與太陽(yáng)大致相同的質(zhì)量而大小卻與地球差不多，其半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3公里。人們也未能及時(shí)領(lǐng)悟到，如果有大量的一般密度物質(zhì)，也可以造出一個(gè)本質(zhì)上與米切爾和拉普拉斯所想像的相同的黑洞。與任意質(zhì)量M對(duì)應(yīng)的史瓦西半徑由公式2GM/c2給出，其中G是引力常數(shù)。c是光速。
1930年代，薩布拉曼揚(yáng)·昌德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）證明，即使一顆白矮星，也僅當(dāng)其質(zhì)量小于1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)才是穩(wěn)定的，任何死亡的星如果比這更重，必將進(jìn)一步坍縮。有些研究家想到了這也許會(huì)導(dǎo)致形成中子星的可能性，中子星的典型半徑僅約白矮星的1/700，也就是幾公里大小。但這個(gè)思想一直要等到1960年代中期發(fā)現(xiàn)脈沖星，證明中子星確實(shí)存在之后，才被廣泛接受。
這重新燃起了對(duì)黑洞理論的興趣，因?yàn)橹凶有遣畈欢嗑鸵兂珊诙戳恕ｋm然很難想像將太陽(yáng)壓縮到半徑2.9公里以?xún)?nèi)，但現(xiàn)在已經(jīng)知道存在質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)、半徑小于10公里的中子星，從中子星到黑洞也就一步之遙了。
理論研究表明，一個(gè)黑洞的行為僅由其三個(gè)特性所規(guī)定——它的質(zhì)量、它的電荷和它的自轉(zhuǎn)（角動(dòng)量）。無(wú)電荷、無(wú)自轉(zhuǎn)的黑洞用愛(ài)因斯坦方程式的史瓦西解描述；有電荷、無(wú)自轉(zhuǎn)的黑洞用賴(lài)斯納—諾德斯特羅姆解描述；無(wú)電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾解描述；有電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾—紐曼解描述。黑洞沒(méi)有其他特性，這已由‘黑洞沒(méi)有毛發(fā)’這句名言所概括。現(xiàn)實(shí)的黑洞大概應(yīng)該是自轉(zhuǎn)而無(wú)電荷，所以克爾解最令人感興趣。
現(xiàn)在都認(rèn)為，黑洞和中子星都是在磊質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí)的臨死掙扎中產(chǎn)生的。計(jì)算表明，任何質(zhì)量大致小于3倍太陽(yáng)質(zhì)量（奧本海默—弗爾科夫極限）的至密超新星遺跡可以形成穩(wěn)定的中子星，但任何質(zhì)量大于這一極限的致密進(jìn)退新星遺跡將坍縮為黑洞，其內(nèi)容物將被壓進(jìn)黑洞中心的奇點(diǎn)，這正好是宇宙由之誕生的大爆炸奇點(diǎn)的鏡像反轉(zhuǎn)。如果這樣一個(gè)天體碰巧在繞一顆普通恒星的軌道上，它將剝奪伴星的物質(zhì)，形成一個(gè)由向黑洞匯集的熱物質(zhì)構(gòu)成的吸積盤(pán)。吸積盤(pán)中的溫度可以升至極高，以致它能輻射X射線(xiàn)，而使黑洞可被探測(cè)到。
1970年代初，米切爾的預(yù)言有了反響：在一個(gè)雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了這樣一種天體。一個(gè)叫做天鵝座X—1的X射線(xiàn)源被證認(rèn)為恒星HDE226868。這個(gè)系統(tǒng)的軌道動(dòng)力學(xué)特性表明，該源的X射線(xiàn)來(lái)自圍繞可見(jiàn)星軌道上一個(gè)比地球小的天體，但源的質(zhì)量卻大于奧本海默—弗爾科夫極限。這只可能是一個(gè)黑洞。此后，用同一方法又證認(rèn)了其他少數(shù)幾個(gè)黑洞。而1994年天鵝座V404這個(gè)系統(tǒng)成為迄今最佳黑洞‘候選體’，這是一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量70%的恒星圍繞大約12倍太陽(yáng)質(zhì)量的X射線(xiàn)源運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。但是，這些已被認(rèn)可的黑洞證認(rèn)大概不過(guò)是冰山之尖而已。
這種‘恒星質(zhì)量’黑洞，正如米切爾領(lǐng)悟的，只有當(dāng)它們?cè)陔p星系統(tǒng)中時(shí)才能探測(cè)到。一個(gè)孤立的黑洞無(wú)愧于它的名稱(chēng)——它是黑暗的、不可探測(cè)的。然而，根據(jù)天體物理學(xué)理論，很多恒星應(yīng)該以中子星或黑洞作為其生命的結(jié)束。觀測(cè)者在雙星系統(tǒng)中實(shí)際上探測(cè)到的合適黑洞候選者差不多與他們發(fā)現(xiàn)的脈沖雙星一樣多，這表示孤立的恒星質(zhì)量黑洞數(shù)目應(yīng)該與孤立的脈沖星數(shù)目相同，這一推測(cè)得到了理論計(jì)算的支持。 我們銀河系中現(xiàn)在已知大約500個(gè)活動(dòng)的脈沖星。但理論表明，一個(gè)脈沖星作為射電源的活動(dòng)期是很短的，它很快衰竭成無(wú)法探測(cè)的寧?kù)o狀態(tài)。所以，相應(yīng)地我們周?chē)鷳?yīng)該存在更多的‘死’脈沖星（寧?kù)o中子星）。我們的銀河指法含有1000億顆明亮的恒星，而且已經(jīng)存在了數(shù)十億年之久。最佳的估計(jì)是，我們銀河指法今天含有4億個(gè)死脈沖星，而恒星質(zhì)量黑洞數(shù)量的甚至保守估計(jì)也達(dá)到這一數(shù)字的1/4——1億個(gè)。如果真有這么多黑洞，而黑洞又無(wú)規(guī)則地散布在銀河系中的話(huà)，則最近的一個(gè)黑洞也離我們僅僅15光年。既然我們銀河系沒(méi)有什么獨(dú)特之處，那么宇宙中每個(gè)其他的星系也應(yīng)該含有同樣多的黑洞。Ic
星系也可能含有某種很像米切爾的拉普拉斯最初設(shè)想的‘黑星’的天體。這樣的天體現(xiàn)在稱(chēng)為‘特大質(zhì)量黑洞’，被認(rèn)為存在于活動(dòng)星系和類(lèi)星體的中心，它們提供的引力能可能解釋這些天體的巨大能量來(lái)源。一個(gè)大小如太陽(yáng)系、質(zhì)量數(shù)百萬(wàn)倍于太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，可以從周?chē)磕晔车粢坏絻深w恒星的物質(zhì)。在這個(gè)過(guò)程中，很大一部分恒星質(zhì)量將遵照愛(ài)因斯坦分工E=mc2轉(zhuǎn)變成能量。寧?kù)o的超大質(zhì)量黑洞可能存在于包括我們銀河系在內(nèi)的所有星系星系的中心。
1994年，利用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，在離我們銀河系1500萬(wàn)秒差距的星系M87中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大小約15萬(wàn)秒差距的熱物質(zhì)盤(pán)，在繞該星系中心區(qū)運(yùn)動(dòng)，速率達(dá)到約2百萬(wàn)公里每小時(shí)（約5*10-7 5乘于10的7次方，厘米/秒，幾乎是光速的0.2%）。從M87的中心‘引擎’射出一條長(zhǎng)度超過(guò)1千秒差距的氣體噴流。M87中心吸積盤(pán)中的軌道速率決定性地證明，它是一個(gè)擁有30億倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞引力控制之下，噴流則可解釋為從吸積系統(tǒng)的一個(gè)極區(qū)涌出來(lái)的能量。
也是在1994年，牛津大學(xué)和基爾大學(xué)的天文學(xué)家，在稱(chēng)為天鵝座V404的雙星系統(tǒng)中證認(rèn)了一個(gè)恒星質(zhì)量黑洞。我們已經(jīng)指出，該系統(tǒng)的軌道參數(shù)使他們得以給黑洞準(zhǔn)確‘量體重’，得出黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)的12倍，而圍繞它運(yùn)動(dòng)的普通恒星僅有太陽(yáng)質(zhì)量的70%左右。這是迄今對(duì)‘黑星’質(zhì)量有最精確測(cè)量，因而它也是關(guān)于黑洞存在的最佳的、獨(dú)特的證明.
有人推測(cè)，大爆炸中可能已經(jīng)產(chǎn)生了大量的微黑洞或原始黑洞，它們提供了宇宙質(zhì)量的相當(dāng)大部分。這種微黑洞典型大小同一個(gè)原子相當(dāng)，質(zhì)量大概是1億噸（10-11， 10的11次方千克）。沒(méi)有證據(jù)表示這種天體確實(shí)存在，但也很難證明它們不存在。
紐約美國(guó)自然歷史博物館海登天文館館長(zhǎng)尼爾·德格拉斯·泰森表示：“如果我們?cè)夂诙匆u擊，對(duì)于太陽(yáng)系來(lái)說(shuō)，這將是一個(gè)不幸的時(shí)刻。”龐大的銀河系中存在著數(shù)十億顆恒
星，每一顆都處于生命周期中不同的點(diǎn)。科學(xué)家認(rèn)為，如果按常規(guī)推測(cè)，每天死亡的恒星至少有1顆。一些質(zhì)量巨大的恒星在其生命的最后階段會(huì)發(fā)生塌陷并最終演化為黑洞。擁有巨大引力的黑洞充當(dāng)無(wú)形的宇宙真空吸塵器，吞噬所到之處的一切物體，就連光線(xiàn)也無(wú)法逃離它的魔爪。
紐約市立大學(xué)理論物理學(xué)教授加來(lái)道雄解釋說(shuō)：“如果發(fā)射核武器攻擊黑洞，所產(chǎn)生的效果不過(guò)是打了個(gè)小洞而已，巨大的黑洞引力實(shí)在是太可怕了。”黑洞位于所有龐大星系的心臟。人類(lèi)所在的銀河系的中央也存在這樣一個(gè)宇宙怪物。天文學(xué)家表示，在宇宙中“定居”的黑洞數(shù)量可能超過(guò)1000萬(wàn)。
科學(xué)家最初認(rèn)為人類(lèi)無(wú)需有任何恐慌，因?yàn)楹诙幢徽J(rèn)為是固定不動(dòng)的。加來(lái)道雄表示：“2000年，情況變得一團(tuán)糟，也就是這個(gè)時(shí)候，我們找到確實(shí)的證據(jù)，證明銀河系中存在流浪的黑洞，而且就挨著我們的后院。”科學(xué)家表示，幸運(yùn)的是，黑洞朝地球進(jìn)發(fā)進(jìn)而吞噬人類(lèi)的可能性極低。然而，如果一個(gè)黑洞真的進(jìn)入太陽(yáng)系并與地球成為鄰居，人類(lèi)世界會(huì)發(fā)生什么呢？
可怕的黑洞能夠吞噬光線(xiàn)，科學(xué)家仍無(wú)法對(duì)它進(jìn)行直接觀察，但他們可以觀察黑洞對(duì)周?chē)镔|(zhì)的破壞。天文學(xué)家表示，黑洞來(lái)襲的最初征兆是夜晚天空中發(fā)生的微妙變化。黑洞引力將扭曲地球的軌道，我們隨即發(fā)現(xiàn)其它行星以及銀河系中恒星的軌道發(fā)生變化。黑洞距離地球越近，地球軌道遭扭曲的程度也就越嚴(yán)重。即便是一顆距離太陽(yáng)系10億英里的黑洞，仍會(huì)影響地球的軌道，改變我們的潮汐。
如果一顆流浪的黑洞逼近太陽(yáng)系并且向地球進(jìn)發(fā)，科幻小說(shuō)中描寫(xiě)的人類(lèi)浩劫將成為現(xiàn)實(shí)。地球?qū)_出它的軌道脫離太陽(yáng)系，或是朝相反的方向飛向太陽(yáng)，致命的高溫將地球上的一切生靈化為灰燼。無(wú)論是哪一種情況，一旦黑洞逼近地球，人類(lèi)家園將被無(wú)情劈開(kāi)，難逃被吞噬的命運(yùn)。泰森表示：“在黑洞與地球的較量中，地球注定要失敗，這是顯而易見(jiàn)的。”
天文學(xué)家通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在宇宙中有一些引力非常大卻又看不到任何天體的區(qū)域，稱(chēng)之為黑洞。黑洞是位居宇宙空間和時(shí)間構(gòu)造中的一些深不見(jiàn)底的類(lèi)似井狀的東西，具有極大的吸引力，包括光在內(nèi)的任何物體都無(wú)法逃脫被吸入的命運(yùn)。這就使得人們對(duì)于黑洞的研究變得異常困難：它既不向外散發(fā)能量，也不表現(xiàn)出任何形式的能量，人們根本無(wú)法看到它。因此，人們對(duì)于黑洞的研究就象是對(duì)一種看不見(jiàn)的東西進(jìn)行研究。
科學(xué)家們認(rèn)為，黑洞由一顆或多顆天體坍縮形成，當(dāng)一顆質(zhì)量相當(dāng)大的星體核能(氫)耗盡后，沒(méi)有輻射壓力去抵抗重力，平衡態(tài)不再存在時(shí)，這個(gè)星體將全面塌縮。質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，當(dāng)中子星的總質(zhì)量超過(guò)三倍太陽(yáng)的質(zhì)量時(shí)將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。若其質(zhì)量仍大于3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，那么連中子的氣體壓力也不能平衡重力，星體將繼續(xù)塌縮至它的重力半徑范圍之內(nèi)。這時(shí)，引力之大足以使一切粒子，包括光子，都被引回星體本身，不能外逸，就形成了引力極強(qiáng)的黑洞。黑洞可以吞噬附近的一切物質(zhì)，它先將物質(zhì)吸引到附近圍繞它們高速旋轉(zhuǎn)；隨著轉(zhuǎn)速的加快，物質(zhì)變?yōu)橹藷岬牡入x子體，并逐漸靠近黑洞旋轉(zhuǎn)中心；當(dāng)它們最終接近黑洞時(shí)，就會(huì)被吞噬。
通常，黑洞是無(wú)法被發(fā)現(xiàn)的，但是也有例外：如果在它附近有氣團(tuán)，則會(huì)產(chǎn)生飛向黑洞的氣流，于是氣流也暴露了黑洞的位置。眾所周知，在壓縮時(shí)氣體物質(zhì)會(huì)被加熱到幾百萬(wàn)度，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的X射線(xiàn)輻射。用X射線(xiàn)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡就可以探測(cè)到黑洞的存在。2004年，著名的“錢(qián)德拉”X射線(xiàn)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆巨大黑洞的X射線(xiàn)，并將其命名為“SDSSpJ306”，它位于距離我們地球26億光年的MS0735星團(tuán)。天文學(xué)家通過(guò)對(duì)這些X射線(xiàn)和其所在星系的重力影響一起進(jìn)行檢測(cè)，推測(cè)它“出生”于127億年前———而宇宙大爆炸發(fā)生在137億年前。這說(shuō)明，黑洞與星系同時(shí)演化，兩者誰(shuí)也不會(huì)單獨(dú)主導(dǎo)早期宇宙中星體的快速誕生。 在此次觀測(cè)中，天文學(xué)家們還在處于星系中心的“SDSSpJ306”黑洞的周?chē)l(fā)現(xiàn)了許多新生星體，而且更多的星體正在形成之中。該發(fā)現(xiàn)給新出現(xiàn)的星系形成演化理論提供了重要的直接證據(jù)。
科學(xué)家們認(rèn)為，黑洞是有質(zhì)量的。黑洞一般被旋轉(zhuǎn)的熱氣體圓盤(pán)所包圍，這些熱氣體在以螺旋運(yùn)動(dòng)逐漸被黑洞吸收時(shí)會(huì)發(fā)出大量的電磁輻射。黑洞附近發(fā)光的氫原子譜線(xiàn)寬度與旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。旋轉(zhuǎn)速度越快，氫原子發(fā)出的譜線(xiàn)越寬，說(shuō)明黑洞的質(zhì)量越大。通過(guò)對(duì)氫原子譜線(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，“SDSSpJ306”黑洞有10億個(gè)太陽(yáng)重，所產(chǎn)生的能量更是太陽(yáng)的20萬(wàn)億倍。這個(gè)黑洞如此之大，以致它的引力作用范圍大小與銀河系相當(dāng)。在這個(gè)黑洞吞噬星團(tuán)的同時(shí)，還將一些熱氣體以射流形式噴還給宇宙，形成了兩個(gè)巨大洞穴，每個(gè)洞穴的直徑大約為65萬(wàn)光年。黑洞再次噴發(fā)出來(lái)的氣體質(zhì)量，相當(dāng)于1萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這種噴射已經(jīng)持續(xù)了1億年之久。
黑洞有大有小。超巨黑洞的質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億倍。小黑洞的質(zhì)量與太陽(yáng)基本處于一個(gè)數(shù)量級(jí)，主要由質(zhì)量相當(dāng)于太陽(yáng)10倍左右的恒星發(fā)生超新星爆炸形成。超巨黑洞位于星系中心，據(jù)推測(cè)每個(gè)星系都有，質(zhì)量一般約為星系總質(zhì)量的0.5%。2002年10月，歐洲科學(xué)家宣布了銀河系中心存在超巨黑洞的最佳證據(jù)。他們說(shuō)，過(guò)去20年中，科學(xué)家們一直在觀測(cè)銀河系中心一些星體的活動(dòng)情況，尤其對(duì)一顆名為S2的星體的運(yùn)行軌道進(jìn)行了跟蹤研究，最終得出結(jié)論：S2附近確實(shí)存在一個(gè)巨型黑洞。質(zhì)量是太陽(yáng)7倍的S2，以每小時(shí)1.8億公里的高速每15.2年繞銀河系中心一周。之所以如此高速，是因?yàn)樗車(chē)嬖诤诙矗昂ε隆北缓诙础巴淌伞薄＝?jīng)過(guò)計(jì)算，這一黑洞距地球2.6萬(wàn)光年，質(zhì)量是太陽(yáng)的370萬(wàn)倍。 銀河系中心黑洞每年“食量”不足地球質(zhì)量的1%。黑洞“食量”是根據(jù)它吞噬“食物”時(shí)發(fā)出X射線(xiàn)的強(qiáng)弱程度計(jì)算出來(lái)的。科學(xué)家還提出，如果黑洞獲得了源源不斷的“食物供給”，就可能從相對(duì)安靜的狀態(tài)中“醒來(lái)”，處于活躍狀態(tài)中。
2.黑洞的種類(lèi)
按組成來(lái)劃分，黑洞可以分為兩大類(lèi)。一是暗能量黑洞，二是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋轉(zhuǎn)的巨大的暗能量組成，它內(nèi)部沒(méi)有巨大的質(zhì)量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)部產(chǎn)生巨大的負(fù)壓以吞噬物體，從而形成黑洞。暗能量黑洞是星系形成的基礎(chǔ)，也是星團(tuán)、星系團(tuán)形成的基礎(chǔ)。物理黑洞由一顆或多顆天體坍縮形成，具有巨大的質(zhì)量。當(dāng)一個(gè)物理黑洞的質(zhì)量等于或大于一個(gè)星系的質(zhì)量時(shí)，我們稱(chēng)之為奇點(diǎn)黑洞。暗能量黑洞的體積很大，可以有太陽(yáng)系那般大。但物理黑洞的體積卻非常小，它可以縮小到一個(gè)奇點(diǎn)。
3.暗能量黑洞的形成
根據(jù)科學(xué)家們的推算，宇宙大爆炸大約發(fā)生在137億年以前。宇宙大爆炸之后，就形成了宇宙。它由兩部分組成。一是由暗能量組成的世界，稱(chēng)之為黑暗世界；二是物質(zhì)組成的世界，稱(chēng)之為物質(zhì)世界。黑暗世界以旋渦場(chǎng)的形式存在，整個(gè)宇宙空間都被各種不同大小的旋渦場(chǎng)所充滿(mǎn)。而物質(zhì)世界則主要是以宇宙塵埃的形式存在,它們不均勻分布在各個(gè)旋渦場(chǎng)之中。在一個(gè)如星系般大小的旋渦場(chǎng)中，以Ep來(lái)表示宇宙塵埃繞它的旋渦中心運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能。該旋渦場(chǎng)內(nèi)的暗能量則分為兩部分。一部分為旋渦中心的暗能量，以En1來(lái)表示。另一部分為旋渦中心之外的暗能量，用En2來(lái)表示。以En來(lái)表示星系的總暗能量，則有En=En1+En2。宇宙塵埃的運(yùn)動(dòng)是由暗能量來(lái)推動(dòng)的。當(dāng)En=Ep時(shí)，暗能量將全部轉(zhuǎn)化為宇宙塵埃運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。在這種情況下，旋渦場(chǎng)處于一種平衡狀態(tài)，它既不收縮，也不膨脹。
下面分幾種情況進(jìn)行討論。
(1).恒星的形成
當(dāng)旋渦場(chǎng)內(nèi)的宇宙塵埃很多時(shí)，Ep值比En大很多,即暗能量的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷太重。在旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)角速度不變的情況下，我們可以得到宇宙塵埃繞旋渦中心運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能公式，如下所示：
Ep=MpVp2/2=Mp(ωR)2/2…………（6）
上式中，Vp為宇宙塵埃繞旋渦中心運(yùn)動(dòng)的平均速度，Mp為旋渦場(chǎng)中宇宙塵埃的總質(zhì)量，ω為旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)角速度，R為宇宙塵埃到旋渦中心的平均距離。根據(jù)這條公式，當(dāng)宇宙塵埃向旋渦中心靠近時(shí)，Ep值就會(huì)減少。當(dāng)Ep值比En大很多時(shí)，旋渦場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)荷太重。在這種情況下，旋渦場(chǎng)必定收縮，宇宙塵埃必定向旋渦中心靠近，最后沉積到旋渦中心處變成沉積物。隨著時(shí)間的推移，旋渦中心處的沉積物越來(lái)越多，最后變成了一顆恒星。恒星形成之后，當(dāng)En=Ep時(shí)，其余的宇宙塵埃就再也不能沉積到旋渦中心。這些余下的宇宙塵埃就會(huì)在較小的旋渦場(chǎng)中形成圍繞恒星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)行星。
(2).星系的形成
當(dāng)旋渦場(chǎng)很大,宇宙塵埃很多,En值與Ep相差不多時(shí)，旋渦場(chǎng)就處于一種平衡狀態(tài)。在這種情況下，這些宇宙塵埃就無(wú)法靠近旋渦中心。這個(gè)大旋渦場(chǎng)中有無(wú)數(shù)個(gè)較小的旋渦場(chǎng)。象上述(1)所說(shuō)的那樣，每個(gè)小旋渦場(chǎng)形成一個(gè)恒星，無(wú)數(shù)個(gè)小旋渦場(chǎng)就會(huì)形成無(wú)數(shù)個(gè)恒星。這些小旋渦場(chǎng)都跟隨大旋渦場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，由此而形成星系。
(3).宇宙旋渦的形成
當(dāng)旋渦場(chǎng)內(nèi)沒(méi)有宇宙塵埃,即Ep=0時(shí),旋渦場(chǎng)會(huì)不斷地膨脹。當(dāng)旋渦場(chǎng)內(nèi)的宇宙塵埃很少時(shí)，它的總動(dòng)能與暗能量相差太遠(yuǎn)，不足以阻止旋渦場(chǎng)的膨脹，結(jié)果，它會(huì)被旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)離心力拋出場(chǎng)外。到最后，旋渦場(chǎng)內(nèi)將不存在任何宇宙塵埃。內(nèi)部沒(méi)有宇宙塵埃的旋渦場(chǎng)，它的旋轉(zhuǎn)角速度是均勻的。旋渦場(chǎng)在離心力的作用下不斷膨脹，它邊緣的暗能量的運(yùn)動(dòng)速度也在不斷增加。但當(dāng)它的周?chē)加写笮∨c它相差不多的旋渦場(chǎng)時(shí)，它的膨脹就會(huì)受阻。在這種情況下，旋渦場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的角速度以及暗能量運(yùn)動(dòng)的速度就相對(duì)穩(wěn)定了下來(lái)，由此而形成一個(gè)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)的宇宙旋渦。當(dāng)星體順著這種宇宙旋渦的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)入時(shí)，它就會(huì)被旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)之力彎轉(zhuǎn)1800。接著，旋渦場(chǎng)用離心力推動(dòng)它按原路返回。離開(kāi)太陽(yáng)系很遠(yuǎn)的慧星之所以能夠返回太陽(yáng)附近，所依賴(lài)的就是這種宇宙旋渦的力量。
(4).旋渦場(chǎng)的分類(lèi)
我們把宇宙旋渦場(chǎng)按大小分為如下八種：
U旋渦場(chǎng)：又叫宇宙旋渦場(chǎng)，它的范圍包括整個(gè)宇宙。
S旋渦場(chǎng)：又叫星糸團(tuán)旋渦場(chǎng)，它的范圍包括整個(gè)星糸團(tuán)。
A旋渦場(chǎng)：又叫叫星系旋渦場(chǎng)，它的范圍包括整個(gè)星系。
B旋渦場(chǎng)：又叫星團(tuán)旋渦場(chǎng)，它的范圍包括整個(gè)星團(tuán)。
C旋渦場(chǎng)：又叫恒星旋渦場(chǎng)，它的范圍被局限于恒星周?chē)ㄋ行行堑倪\(yùn)行軌道。
D旋渦場(chǎng)：又叫行星旋渦場(chǎng)，它的范圍被局限于行星周?chē)ㄋ行l(wèi)星的運(yùn)行軌道。
E旋渦場(chǎng)：又叫衛(wèi)星旋渦場(chǎng)，它的范圍被局限于衛(wèi)星周?chē)?br />F旋渦場(chǎng)：比E類(lèi)旋渦場(chǎng)小的旋渦場(chǎng)。
(5).星系黑洞的形成
在每個(gè)星系的中心都有一個(gè)旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為星系旋渦中心。根據(jù)上述星系的形成原理，在它剛形成的時(shí)候，星系旋渦中心是沒(méi)有宇宙塵埃的。在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，它自然會(huì)向外膨脹。但在它的周?chē)紳M(mǎn)了很多大小與它相當(dāng)?shù)男郎u場(chǎng)，所以，它的膨脹受阻。各種旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)離心力在旋渦場(chǎng)邊緣互相對(duì)抗，不斷地進(jìn)行對(duì)比和較量。經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間之后，它們的對(duì)抗之力達(dá)到一種相對(duì)平衡狀態(tài)。最后，星系旋渦中心的范圍就被固定了下來(lái)。
由于星系旋渦中心是星系旋渦場(chǎng)的動(dòng)力中心，所以，它內(nèi)部貯藏的暗能量在星系中是最強(qiáng)大的。在強(qiáng)大暗能量的推動(dòng)下，星系旋渦中心的旋轉(zhuǎn)速度越來(lái)越快，暗能量在強(qiáng)大離心力的作用下不斷地向旋渦中心的邊緣集中，星系旋渦中心的中部地帶的暗能量不斷地被抽走，越來(lái)越少。最后，星系旋渦中心的內(nèi)部就變成了一種真空狀態(tài)，至此，它的旋轉(zhuǎn)速度才能穩(wěn)定下來(lái)。而星系旋渦中心的邊緣就形成了一個(gè)由高速旋轉(zhuǎn)的暗能量組成的圓盤(pán)，它把星系旋渦中心緊緊地包圍了起來(lái)。這個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)帶動(dòng)周?chē)臍怏w運(yùn)動(dòng)，使之發(fā)生激烈磨擦而發(fā)熱，由此而變成了一個(gè)熱氣體圓盤(pán)。這個(gè)內(nèi)部成為真空狀態(tài)的星系旋渦中心就是一個(gè)暗能量黑洞，稱(chēng)之為星系黑洞。
星系黑洞被一個(gè)熱氣體圓盤(pán)所包圍。這個(gè)圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度有多大呢？在星系黑洞的形成過(guò)程中，它內(nèi)部是沒(méi)有質(zhì)量的，即在旋渦中心內(nèi)部不存在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。所以，它的虛擬質(zhì)量為零。根據(jù)暗能量的動(dòng)能公式En=MnVn2/2，當(dāng)虛擬質(zhì)量Mn=0時(shí)，圓盤(pán)中暗能量的速度Vn將達(dá)到無(wú)窮大。但實(shí)際上，宇宙黑洞會(huì)吸入物質(zhì)，所以，圓盤(pán)的速度不可能達(dá)到無(wú)限大。將光子的性質(zhì)與這個(gè)圓盤(pán)進(jìn)行比較，兩者的質(zhì)量都接近零。由此類(lèi)推，這個(gè)熱氣體圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該接近光速。
由于星系黑洞是A旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，所以我們又稱(chēng)之為A黑洞。
(6).星團(tuán)黑洞
在星系中有很多B旋渦場(chǎng)。當(dāng)B旋渦場(chǎng)內(nèi)有很多宇宙塵埃，En值與Ep相差不多時(shí)，B旋渦場(chǎng)就處于一種平衡狀態(tài)。在這種情況下，這些宇宙塵埃就無(wú)法靠近旋渦中心。B旋渦場(chǎng)內(nèi)也有很多C旋渦場(chǎng)。象上述(1)所說(shuō)的那樣，每個(gè)C旋渦場(chǎng)形成一個(gè)恒星，很多C旋渦場(chǎng)就會(huì)形成很多恒星。這些恒星圍繞B旋渦場(chǎng)的中心旋轉(zhuǎn)，由此而形成一個(gè)星團(tuán)。
在每個(gè)星團(tuán)的中心都有一個(gè)旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為星團(tuán)旋渦中心。很顯然，星團(tuán)旋渦中心內(nèi)部是沒(méi)有宇宙塵埃的。最后，它也象星系旋渦中心一樣發(fā)展為一個(gè)暗能量黑洞，稱(chēng)之為星團(tuán)黑洞。很顯然，星團(tuán)黑洞比星系黑洞小很多。星團(tuán)黑洞的形成過(guò)程請(qǐng)參看第(5)部分內(nèi)容。
由于星團(tuán)黑洞是B旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，所以我們又稱(chēng)之B黑洞。
(7).星系團(tuán)黑洞
宇宙中有很多S旋渦場(chǎng)。當(dāng)S旋渦場(chǎng)內(nèi)聚集到很多星系時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)星系團(tuán)。產(chǎn)生星系團(tuán)的條件是：星系繞星系團(tuán)中心旋轉(zhuǎn)的總動(dòng)能約等于S類(lèi)旋渦場(chǎng)的暗能量。在每個(gè)星系團(tuán)的中心有一個(gè)旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為星系團(tuán)旋渦中心。最后，它也象星系旋渦中心一樣發(fā)展為一個(gè)暗能量黑洞，稱(chēng)之為星系團(tuán)黑洞。由于它是S旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，所以，又稱(chēng)之為S黑洞。星系團(tuán)黑洞的形成過(guò)程請(qǐng)參看第(5)部分內(nèi)容。
(8).宇宙中心黑洞
宇宙是一個(gè)大旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為U旋渦場(chǎng)。它的范圍包括整個(gè)宇宙。所以，U旋渦場(chǎng)的中心就是宇宙的中心。在宇宙的中心有一個(gè)旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為宇宙中心旋渦場(chǎng)。最后，它也象星系旋渦中心一樣發(fā)展為一個(gè)暗能量黑洞，稱(chēng)之為宇宙中心黑洞。由于它是U旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，所以又稱(chēng)之為U黑洞。宇宙中心黑洞的形成過(guò)程請(qǐng)參看第(5)部分內(nèi)容。
綜上所述，暗能量黑洞分為四種類(lèi)型，從大到小排列如下：U黑洞、S黑洞、A黑洞和B黑洞。U黑洞是宇宙中最大的黑洞，而且它是宇宙的旋轉(zhuǎn)中心。
4.黑洞引力公式
根據(jù)上述理論，暗能量黑洞由如下兩部分組成：一是熱氣體圓盤(pán)，二是被熱氣體圓盤(pán)所包圍的宇宙真空。很顯然，在熱氣體圓盤(pán)的內(nèi)部和外部之間形成了一種壓強(qiáng)差，它內(nèi)部的壓強(qiáng)比它外部低很多。我們用P1和P2分別來(lái)表示熱氣體圓盤(pán)的外部壓強(qiáng)和內(nèi)部壓強(qiáng)，用P來(lái)表示它們的正壓強(qiáng)差，則P=P1-P2。很顯然，正壓強(qiáng)的方向是從熱氣體圓盤(pán)的外部指向它的內(nèi)部的。用V來(lái)表示熱氣體圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度，用En1來(lái)表示它的暗能量。用L來(lái)表示黑洞的體積。則，我們可以得到如下公式：
P=KEn1V/L …………（7）
公式(7)中，K為一個(gè)比例系數(shù)，稱(chēng)之為暗能量黑洞的引力常數(shù)。公式(7)的意思是：黑洞內(nèi)外的正壓強(qiáng)差與黑洞內(nèi)的暗能量和黑洞圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度的乘積成正比，與黑洞的體積成反比。
當(dāng)一個(gè)物體接觸熱氣體圓盤(pán)時(shí)，兩者之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)接觸面積，用S來(lái)表示。我們用F來(lái)表示黑洞對(duì)該物質(zhì)的吸引力，則可得到如下公式：
F=PS=KSEn1V/L …………（8）
公式(8)就是黑洞對(duì)物體的引力公式。很顯然，黑洞對(duì)物體的引力與物體的質(zhì)量大小無(wú)關(guān)。對(duì)于巨大黑洞來(lái)說(shuō)，它的暗能量非常強(qiáng)大，它的旋轉(zhuǎn)速度接近光速。所以，這種黑洞的引力非常巨大。
黑洞吸引物體是有一個(gè)過(guò)程的。當(dāng)物體在黑洞的周?chē)唇佑|黑洞的熱氣體圓盤(pán)時(shí)，物體被黑洞吸引的受力面積S=0，則黑洞對(duì)物體的引力F=0。它意味著，黑洞外部的物體運(yùn)動(dòng)與黑洞的引力無(wú)關(guān)。星系中所有的恒星都繞黑洞運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)楹诙词切窍敌郎u場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，而不是因?yàn)槭艿胶诙匆Φ淖饔谩?br />
當(dāng)物體接觸熱氣體圓盤(pán)時(shí)，它就會(huì)受到黑洞的引力。但剛接觸時(shí)的引力很小，而圓盤(pán)周?chē)臍饬魉俣葏s非常大。在這種情況下，物體必然被圓盤(pán)氣流帶動(dòng)，并跟隨氣流而去。隨著物體與圓盤(pán)的接觸面增大，黑洞對(duì)物體的引力也在增大。當(dāng)黑洞對(duì)物體的引力比物體繞黑洞運(yùn)動(dòng)的離心力大時(shí)，它就會(huì)被吸入黑洞之中。這種情況表明，雖然黑洞的引力與物體的質(zhì)量無(wú)關(guān)，但物體被黑洞引力吸入洞內(nèi)的過(guò)程卻與物體的質(zhì)量有關(guān)。
在物體進(jìn)入黑洞之后，該物體就會(huì)被黑洞內(nèi)部的壓強(qiáng)所包圍。物體內(nèi)部的壓強(qiáng)與它在黑洞外部時(shí)的壓強(qiáng)相等。所以，在物體的內(nèi)部和外部之間就形成了一種壓強(qiáng)差，根據(jù)公式(7)就可以求出它的值。正壓強(qiáng)差的方向是從物體內(nèi)部指向外部的，受力面積包括物體的全部表面。結(jié)果，物體的整個(gè)表面同時(shí)受到強(qiáng)橫無(wú)比的拉力，在剎那之間它就會(huì)被這種強(qiáng)大的拉力撕得粉碎，最后變成了氣態(tài)狀。
當(dāng)光子進(jìn)入黑洞時(shí)，它也會(huì)被黑洞的引力所包圍。光子內(nèi)部的壓強(qiáng)與它進(jìn)入黑洞之前是一樣。所以，在光子的內(nèi)部和外部之間就會(huì)形成強(qiáng)橫無(wú)比的壓強(qiáng)差。結(jié)果，象上面所敘述的一樣，在光子進(jìn)入黑洞的剎那之間就會(huì)被黑洞的引力撕得粉碎。所以，在光子進(jìn)入黑洞后，它是無(wú)法從黑洞中逃出來(lái)的。
結(jié)論：包括光子在內(nèi)的任何物體，它們進(jìn)入暗能量黑洞之后都會(huì)在剎那之間爆炸開(kāi)來(lái)，變成氣態(tài)狀。
“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來(lái)。
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(xiàn)射出。而恒星的半徑越小，它對(duì)周?chē)臅r(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，等一會(huì)兒我們會(huì)講到。
那么，黑洞是怎樣形成的呢？其實(shí)，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來(lái)的。
我們?cè)?jīng)比較詳細(xì)地介紹了白矮星和中子星形成的過(guò)程。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。
質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽(yáng)的質(zhì)量。如果超過(guò)了這個(gè)值，那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。
這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個(gè)體積趨于零、密度趨向無(wú)限大的“點(diǎn)”。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無(wú)法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。
與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無(wú)法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來(lái)的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線(xiàn)傳播的。這是一個(gè)最基本的常識(shí)。可是根據(jù)廣義相對(duì)論，空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線(xiàn)，而是曲線(xiàn)。形象地講，好像光本來(lái)是要走直線(xiàn)的，只不過(guò)強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來(lái)的方向。
在地球上，由于引力場(chǎng)作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周?chē)臻g的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線(xiàn)會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見(jiàn)這顆恒星的“臉”，還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背！
“黑洞”無(wú)疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說(shuō)之一。許多科學(xué)家正在為揭開(kāi)它的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。不過(guò)，這些當(dāng)代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言?xún)烧Z(yǔ)能說(shuō)清楚的。有興趣的朋友可以去參考專(zhuān)門(mén)的論著。
播剛13847657290： 什么是黑洞
蝶山區(qū)力平： ______ “黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”,其實(shí)不然.所謂“黑洞”,就是這樣一種天體:它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng),就連光也不能逃脫出來(lái). 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...
播剛13847657290： 黑洞是什么?
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng),這種引力大到任何東西,甚至連光,都難逃黑洞的手掌心.黑洞不讓任何其邊界以?xún)?nèi)的任何事物被外界看見(jiàn),這就是這種物體被稱(chēng)為“黑洞”的緣故.我們無(wú)法通過(guò)光的反射來(lái)觀察它,只能通過(guò)受其影響的周?chē)矬w...
播剛13847657290： 什么是黑洞?
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞,天文學(xué)名詞.所謂“黑洞”,是引力場(chǎng)很強(qiáng)的一種天體,就連光也不能逃脫出來(lái).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.由于黑洞中的光無(wú)法逃逸,所以我們無(wú)法直接觀測(cè)到黑洞.然而,可以通過(guò)測(cè)量它對(duì)周?chē)祗w的作用和影響來(lái)間接觀測(cè)或推測(cè)到它的存在.黑洞引申義為無(wú)法擺脫的境遇.
播剛13847657290： 什么是黑洞 -
蝶山區(qū)力平： ______ “黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”,其實(shí)不然.所謂“黑洞”,就是這樣一種天體:它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng),就連光也不能逃脫出來(lái). 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...
播剛13847657290： 什么是黑洞黑洞是怎樣運(yùn)行的 -
蝶山區(qū)力平： ______[答案] 黑洞是一種引力極強(qiáng)的天體,就連光也不能逃脫.當(dāng)恒星的史瓦西半徑小到一定程度時(shí),就連垂直表面發(fā)射的光都無(wú)法逃逸了.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.由于黑洞中...
播剛13847657290： 什么是黑洞
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng),這種引力大到任何東西,甚至連光,都難逃黑洞的手掌心.黑洞不讓任何其邊界以?xún)?nèi)的任何事物被外界看見(jiàn),這就是這種物體被稱(chēng)為“黑洞”的緣故.我們無(wú)法通過(guò)光的反射來(lái)觀察它,只能通過(guò)受其影響的周?chē)矬w來(lái)間接了解黑洞.據(jù)猜測(cè),黑洞是死亡恒星或爆炸氣團(tuán)的剩余物,是在特殊的大質(zhì)量超巨星坍塌收縮時(shí)產(chǎn)生的.
播剛13847657290： 什么是黑洞 -
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞是一個(gè)時(shí)空的黑暗區(qū),由一些質(zhì)量頗大的星體經(jīng)重力塌縮后,所剩余的東西就成了黑洞.它的基本特徵是有一個(gè)封閉的視界,這視界就是黑洞的邊界,一切外來(lái)的物質(zhì)和輻射可以進(jìn)入這視界以?xún)?nèi),但視界內(nèi)任何物質(zhì)都不能從里面跑出來(lái)....
播剛13847657290： 什么是黑洞
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞,天文學(xué)名詞.所謂“黑洞”,是引力場(chǎng)很強(qiáng)的一種天體,就連光也不能逃脫出來(lái).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.由于黑洞中的光無(wú)法逃逸,所以我們無(wú)法直接觀測(cè)到黑洞
播剛13847657290： 什么是黑洞?
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞是宇宙空間內(nèi)存在的一種天體,1916年,德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過(guò)計(jì)算得到了愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的一個(gè)真空解,這個(gè)解表明,如果將大量物質(zhì)集中于空間一點(diǎn)...
播剛13847657290： 黑洞是什么
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞是一種密度無(wú)窮大溫度無(wú)限高的神秘物質(zhì)
補(bǔ)注：在空間體積為無(wú)限小（可認(rèn)為是0）而注入質(zhì)量接近無(wú)限大的狀況下，場(chǎng)無(wú)限強(qiáng)化的情況下黑洞真的還有實(shí)體存在嗎？
或物質(zhì)的最終結(jié)局不是化為能量而是成為無(wú)限的場(chǎng)？
首先,對(duì)黑洞進(jìn)行一下形象的說(shuō)明:
黑洞有巨大的引力,連光都被它吸引.黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng)，這種引力大到任何東西，甚至連光，都難逃黑洞的手掌心。黑洞不讓任何其邊界以?xún)?nèi)的任何事物被外界看見(jiàn)，這就是這種物體被稱(chēng)為“黑洞”的緣故。我們無(wú)法通過(guò)光的反射來(lái)觀察它，只能通過(guò)受其影響的周?chē)矬w來(lái)間接了解黑洞。據(jù)猜測(cè)，黑洞是死亡恒星或爆炸氣團(tuán)的剩余物，是在特殊的大質(zhì)量超巨星坍塌收縮時(shí)產(chǎn)生的。
再?gòu)奈锢韺W(xué)觀點(diǎn)來(lái)解釋一下:
黑洞其實(shí)也是個(gè)星球(類(lèi)似星球),只不過(guò)它的密度非常非常大, 靠近它的物體都被它的引力所約束(就好像人在地球上沒(méi)有飛走一樣),不管用多大的速度都無(wú)法脫離。對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，以第二宇宙速度（11.2km/s）來(lái)飛行就可以逃離地球，但是對(duì)于黑洞來(lái)說(shuō)，它的第三宇宙速度(16.7千米/秒)之大，竟然超越了光速，所以連光都跑不出來(lái)，于是射進(jìn)去的光沒(méi)有反射回來(lái)，我們的眼睛就看不到任何東西，只是黑色一片。
因?yàn)楹诙词遣豢梢?jiàn)的，所以有人一直置疑，黑洞是否真的存在。如果真的存在，它們到底在哪里？
黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類(lèi)似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮，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)的星球。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)。任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去，黑洞就變得像真空吸塵器一樣
為了理解黑洞的動(dòng)力學(xué)和理解它們是怎樣使內(nèi)部的所有事物逃不出邊界，我們需要討論廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論是愛(ài)因斯坦創(chuàng)建的引力學(xué)說(shuō)，適用于行星、恒星，也適用于黑洞。愛(ài)因斯坦在1916年提出來(lái)的這一學(xué)說(shuō)，說(shuō)明空間和時(shí)間是怎樣因大質(zhì)量物體的存在而發(fā)生畸變。簡(jiǎn)言之，廣義相對(duì)論說(shuō)物質(zhì)彎曲了空間，而空間的彎曲又反過(guò)來(lái)影響穿越空間的物體的運(yùn)動(dòng)。
讓我們看一看愛(ài)因斯坦的模型是怎樣工作的。首先，考慮時(shí)間（空間的三維是長(zhǎng)、寬、高）是現(xiàn)實(shí)世界中的第四維（雖然難于在平常的三個(gè)方向之外再畫(huà)出一個(gè)方向，但我們可以盡力去想象）。其次，考慮時(shí)空是一張巨大的繃緊了的體操表演用的彈簧床的床面。
愛(ài)因斯坦的學(xué)說(shuō)認(rèn)為質(zhì)量使時(shí)空彎曲。我們不妨在彈簧床的床面上放一塊大石頭來(lái)說(shuō)明這一情景：石頭的重量使得繃緊了的床面稍微下沉了一些，雖然彈簧床面基本上仍舊是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在彈簧床中央放置更多的石塊，則將產(chǎn)生更大的效果，使床面下沉得更多。事實(shí)上，石頭越多，彈簧床面彎曲得越厲害。
同樣的道理，宇宙中的大質(zhì)量物體會(huì)使宇宙結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。正如10塊石頭比1塊石頭使彈簧床面彎曲得更厲害一樣，質(zhì)量比太陽(yáng)大得多的天體比等于或小于一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的天體使空間彎曲得厲害得多。
如果一個(gè)網(wǎng)球在一張繃緊了的平坦的彈簧床上滾動(dòng)，它將沿直線(xiàn)前進(jìn)。反之，如果它經(jīng)過(guò)一個(gè)下凹的地方 ，則它的路徑呈弧形。同理，天體穿行時(shí)空的平坦區(qū)域時(shí)繼續(xù)沿直線(xiàn)前進(jìn)，而那些穿越彎曲區(qū)域的天體將沿彎曲的軌跡前進(jìn)。
現(xiàn)在再來(lái)看看黑洞對(duì)于其周?chē)臅r(shí)空區(qū)域的影響。設(shè)想在彈簧床面上放置一塊質(zhì)量非常大的石頭代表密度極大的黑洞。自然，石頭將大大地影響床面，不僅會(huì)使其表面彎曲下陷，還可能使床面發(fā)生斷裂。類(lèi)似的情形同樣可以宇宙出現(xiàn)，若宇宙中存在黑洞，則該處的宇宙結(jié)構(gòu)將被撕裂。這種時(shí)空結(jié)構(gòu)的破裂叫做時(shí)空的奇異性或奇點(diǎn)。
現(xiàn)在我們來(lái)看看為什么任何東西都不能從黑洞逃逸出去。正如一個(gè)滾過(guò)彈簧床面的網(wǎng)球，會(huì)掉進(jìn)大石頭形成的深洞一樣，一個(gè)經(jīng)過(guò)黑洞的物體也會(huì)被其引力陷阱所捕獲。而且，若要挽救運(yùn)氣不佳的物體需要無(wú)窮大的能量。
我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)，沒(méi)有任何能進(jìn)入黑洞而再逃離它的東西。但科學(xué)家認(rèn)為黑洞會(huì)緩慢地釋放其能量。著名的英國(guó)物理學(xué)家霍金在1974年證明黑洞有一個(gè)不為零的溫度，有一個(gè)比其周?chē)h(huán)境要高一些的溫度。依照物理學(xué)原理，一切比其周?chē)鷾囟雀叩奈矬w都要釋放出熱量，同樣黑洞也不例外。一個(gè)黑洞會(huì)持續(xù)幾百萬(wàn)萬(wàn)億年散發(fā)能量，黑洞釋放能量稱(chēng)為：霍金輻射。黑洞散盡所有能量就會(huì)消失。
處于時(shí)間與空間之間的黑洞，使時(shí)間放慢腳步，使空間變得有彈性，同時(shí)吞進(jìn)所有經(jīng)過(guò)它的一切。1969年，美國(guó)物理學(xué)家約翰 阿提 惠勒將這種貪得無(wú)厭的空間命名為“黑洞”。
我們都知道因?yàn)楹诙床荒芊瓷涔猓钥床灰?jiàn)。在我們的腦海中黑洞可能是遙遠(yuǎn)而又漆黑的。但英國(guó)著名物理學(xué)家霍金認(rèn)為黑洞并不如大多數(shù)人想象中那樣黑。通過(guò)科學(xué)家的觀測(cè)，黑洞周?chē)嬖谳椛洌液芸赡軄?lái)自于黑洞，也就是說(shuō)，黑洞可能并沒(méi)有想象中那樣黑。霍金指出黑洞的放射性物質(zhì)來(lái)源是一種實(shí)粒子，這些粒子在太空中成對(duì)產(chǎn)生，不遵從通常的物理定律。而且這些粒子發(fā)生碰撞后，有的就會(huì)消失在茫茫太空中。一般說(shuō)來(lái)，可能直到這些粒子消失時(shí)，我們都未曾有機(jī)會(huì)看到它們。
霍金還指出，黑洞產(chǎn)生的同時(shí)，實(shí)粒子就會(huì)相應(yīng)成對(duì)出現(xiàn)。其中一個(gè)實(shí)粒子會(huì)被吸進(jìn)黑洞中，另一個(gè)則會(huì)逃逸，一束逃逸的實(shí)粒子看起來(lái)就像光子一樣。對(duì)觀察者而言，看到逃逸的實(shí)粒子就感覺(jué)是看到來(lái)自黑洞中的射線(xiàn)一樣。
所以，引用霍金的話(huà)就是“黑洞并沒(méi)有想象中的那樣黑”，它實(shí)際上還發(fā)散出大量的光子。
根據(jù)愛(ài)因斯坦的能量與質(zhì)量守恒定律。當(dāng)物體失去能量時(shí)，同時(shí)也會(huì)失去質(zhì)量。黑洞同樣遵從能量與質(zhì)量守恒定律，當(dāng)黑洞失去能量時(shí)，黑洞也就不存在了。霍金預(yù)言，黑洞消失的一瞬間會(huì)產(chǎn)生劇烈的爆炸，釋放出的能量相當(dāng)于數(shù)百萬(wàn)顆氫彈的能量。
但你不要滿(mǎn)懷期望地抬起頭，以為會(huì)看到一場(chǎng)煙花表演。事實(shí)上，黑洞爆炸后，釋放的能量非常大，很有可能對(duì)身體是有害的。而且，能量釋放的時(shí)間也非常長(zhǎng)，有的會(huì)超過(guò)100億至200億年，比我們宇宙的歷史還長(zhǎng)，而徹底散盡能量則需要數(shù)萬(wàn)億年的時(shí)間
“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來(lái)。
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(xiàn)射出。而恒星的半徑越小，它對(duì)周?chē)臅r(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。
等恒星的半徑小于一特定值（天文學(xué)上叫“施瓦西半徑”）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”，是指任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，就再不能逃出，包括光。實(shí)際上黑洞真正是“隱形”的，等一會(huì)兒我們會(huì)講到。
黑洞的形成
跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來(lái)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。
質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽(yáng)的質(zhì)量。如果超過(guò)了這個(gè)值，那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。
這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個(gè)體積很小、密度趨向很大。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無(wú)法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。
特殊的黑洞
與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無(wú)法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來(lái)的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線(xiàn)傳播的。這是一個(gè)最基本的常識(shí)。可是根據(jù)廣義相對(duì)論，空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線(xiàn)，而是曲線(xiàn)。形象地講，好像光本來(lái)是要走直線(xiàn)的，只不過(guò)強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來(lái)的方向。
在地球上，由于引力場(chǎng)作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周?chē)臻g的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線(xiàn)會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見(jiàn)這顆恒星的“臉”，還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背！
“黑洞”無(wú)疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說(shuō)之一。許多科學(xué)家正在為揭開(kāi)它的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。不過(guò)，這些當(dāng)代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言?xún)烧Z(yǔ)能說(shuō)清楚的。有興趣的朋友可以去參考專(zhuān)門(mén)的論著。
按組成來(lái)劃分，黑洞可以分為兩大類(lèi)。一是暗能量黑洞，二是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋轉(zhuǎn)的巨大的暗能量組成，它內(nèi)部沒(méi)有巨大的質(zhì)量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)部產(chǎn)生巨大的負(fù)壓以吞噬物體，從而形成黑洞，詳情請(qǐng)看宇“宙黑洞論”。暗能量黑洞是星系形成的基礎(chǔ)，也是星團(tuán)、星系團(tuán)形成的基礎(chǔ)。物理黑洞由一顆或多顆天體坍縮形成，具有巨大的質(zhì)量。當(dāng)一個(gè)物理黑洞的質(zhì)量等于或大于一個(gè)星系的質(zhì)量時(shí)，我們稱(chēng)之為奇點(diǎn)黑洞。暗能量黑洞的體積很大，可以有太陽(yáng)系那般大。但物理黑洞的體積卻非常小，它可以縮小到一個(gè)奇點(diǎn)。
黑洞吸積
黑洞通常是因?yàn)樗鼈兙蹟n周?chē)臍怏w產(chǎn)生輻射而被發(fā)現(xiàn)的，這一過(guò)程被稱(chēng)為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會(huì)嚴(yán)重影響吸積流的幾何與動(dòng)力學(xué)特性。目前觀測(cè)到了輻射效率較高的薄盤(pán)以及輻射效率較低的厚盤(pán)。當(dāng)吸積氣體接近中央黑洞時(shí)，它們產(chǎn)生的輻射對(duì)黑洞的自轉(zhuǎn)以及視界的存在極為敏感。對(duì)吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉(zhuǎn)黑洞和視界的存在提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。數(shù)值模擬也顯示吸積黑洞經(jīng)常出現(xiàn)相對(duì)論噴流也部分是由黑洞的自轉(zhuǎn)所驅(qū)動(dòng)的。
天體物理學(xué)家用“吸積”這個(gè)詞來(lái)描述物質(zhì)向中央引力體或者是中央延展物質(zhì)系統(tǒng)的流動(dòng)。吸積是天體物理中最普遍的過(guò)程之一，而且也正是因?yàn)槲e才形成了我們周?chē)S多常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。在宇宙早期，當(dāng)氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢(shì)阱中心流動(dòng)時(shí)形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由氣體云在其自身引力作用下坍縮碎裂，進(jìn)而通過(guò)吸積周?chē)鷼怏w而形成的。行星——包括地球——也是在新形成的恒星周?chē)ㄟ^(guò)氣體和巖石的聚集而形成的。但是當(dāng)中央天體是一個(gè)黑洞時(shí)，吸積就會(huì)展現(xiàn)出它最為壯觀的一面。
然而黑洞并不是什么都吸收的,它也往外邊散發(fā)質(zhì)子.
爆炸的黑洞
黑洞會(huì)發(fā)出耀眼的光芒，體積會(huì)縮小，甚至?xí)ā．?dāng)英國(guó)物理學(xué)家史迪芬·霍金于1974年做此語(yǔ)言時(shí)，整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)。黑洞曾被認(rèn)為是宇宙最終的沉淀所：沒(méi)有什么可以逃出黑洞，它們吞噬了氣體和星體，質(zhì)量增大，因而洞的體積只會(huì)增大，霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍，他結(jié)合了廣義相對(duì)論和量子理論。他發(fā)現(xiàn)黑洞周?chē)囊?chǎng)釋放出能量，同時(shí)消耗黑洞的能量和質(zhì)量，這種“霍金輻射”對(duì)大多數(shù)黑洞來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)，而小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到黑洞的爆炸。
奇妙的萎縮的黑洞
當(dāng)一個(gè)粒子從黑洞逃逸而沒(méi)有償還它借來(lái)的能量，黑洞就會(huì)從它的引力場(chǎng)中喪失同樣數(shù)量的能量，而愛(ài)因斯坦的公式E=mc^2表明，能量的損失會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的損失。因此，黑洞將變輕變小。
沸騰直至毀滅
所有的黑洞都會(huì)蒸發(fā)，只不過(guò)大的黑洞沸騰得較慢，它們的輻射非常微弱，因此另人難以覺(jué)察。但是隨著黑洞逐漸變小，這個(gè)過(guò)程會(huì)加速，以至最終失控。黑洞委瑣時(shí)，引力并也會(huì)變陡，產(chǎn)生更多的逃逸粒子，從黑洞中掠奪的能量和質(zhì)量也就越多。黑洞委瑣的越來(lái)越快，促使蒸發(fā)的速度變得越來(lái)越快，周?chē)墓猸h(huán)變得更亮、更熱，當(dāng)溫度達(dá)到10^15℃時(shí)，黑洞就會(huì)在爆炸中毀滅。
關(guān)于黑洞的文章：
自古以來(lái)，人類(lèi)便一直夢(mèng)想飛上藍(lán)天，可沒(méi)人知道在湛藍(lán)的天幕之外還有一個(gè)碩大的黑色空間。在這個(gè)空間有光，有水，有生命。我們美麗的地球也是其中的一員。雖然宇宙是如此絢爛多彩，但在這里也同樣是危機(jī)四伏的。小行星，紅巨星，超新星大爆炸，黑洞……
黑洞，顧名思義就是看不見(jiàn)的具有超強(qiáng)吸引力的物質(zhì)。自從愛(ài)因斯坦和霍金通過(guò)猜測(cè)并進(jìn)行理論推導(dǎo)出有這樣一種物質(zhì)之后，科學(xué)家們就在不斷的探尋，求索，以避免我們的星球被毀滅。
黑洞與地球毀滅的關(guān)系
黑洞，實(shí)際上是一團(tuán)質(zhì)量很大的物質(zhì)，其引力極大（仡今為止還未發(fā)現(xiàn)有比它引力更大的物質(zhì)），形成一個(gè)深井。它是由質(zhì)量和密度極大的恒星不斷坍縮而形成的，當(dāng)恒星內(nèi)部的物質(zhì)核心發(fā)生極不穩(wěn)定變化之后會(huì)形成一個(gè)稱(chēng)為“奇點(diǎn)”的孤立點(diǎn)（有關(guān)細(xì)節(jié)請(qǐng)查閱愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論）。他會(huì)將一切進(jìn)入視界的物質(zhì)吸入，任何東西不能從那里逃脫出來(lái)（包括光）。他沒(méi)有具體形狀，也無(wú)法看見(jiàn)它，只能根據(jù)周?chē)行堑淖呦騺?lái)判斷它的存在。也許你會(huì)因?yàn)樗纳衩啬獪y(cè)而嚇的大叫起來(lái)，但實(shí)際上根本用不著過(guò)分擔(dān)心，雖然它有強(qiáng)大的吸引力但與此同時(shí)這也是判斷它位置的一個(gè)重要證據(jù)，就算它對(duì)距地球極近的物質(zhì)產(chǎn)生影響時(shí)，我們也還有足夠的時(shí)間挽救，因?yàn)槟菚r(shí)它的“正式邊界”還離我們很遠(yuǎn)。況且，恒星坍縮后大部分都會(huì)成為中子星或白矮星。但這并不意味著我們就可以放松警惕了（誰(shuí)知道下一刻被吸入的會(huì)不會(huì)是我們呢？），這也是人類(lèi)研究它的原因之一。
恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是依次的五個(gè)密度當(dāng)量星體,密度最小的當(dāng)然是恒星,黑洞是物質(zhì)的終極形態(tài),黑洞之后就會(huì)發(fā)生宇宙大爆炸,能量釋放出去后,又進(jìn)入一個(gè)新的循環(huán).
另外黑洞在網(wǎng)絡(luò)中指電子郵件消息丟失或Usenet公告消失的地方。
黑洞名稱(chēng)的提出
黑洞這一術(shù)語(yǔ)是不久以前才出現(xiàn)的。它是1969年美國(guó)科學(xué)家約翰·惠勒為形象描述至少可回溯到200年前的這個(gè)思想時(shí)所杜撰的名字。那時(shí)候，共有兩種光理論：一種是牛頓贊成的光的微粒說(shuō)；另一種是光的波動(dòng)說(shuō)。我們現(xiàn)在知道，實(shí)際上這兩者都是正確的。由于量子力學(xué)的波粒二象性，光既可認(rèn)為是波，也可認(rèn)為是粒子。在光的波動(dòng)說(shuō)中，不清楚光對(duì)引力如何響應(yīng)。但是如果光是由粒子組成的，人們可以預(yù)料，它們正如同炮彈、火箭和行星那樣受引力的影響。起先人們以為，光粒子無(wú)限快地運(yùn)動(dòng)，所以引力不可能使之慢下來(lái)，但是羅麥關(guān)于光速度有限的發(fā)現(xiàn)表明引力對(duì)之可有重要效應(yīng)。
1783年，劍橋的學(xué)監(jiān)約翰·米歇爾在這個(gè)假定的基礎(chǔ)上，在《倫敦皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇文章。他指出，一個(gè)質(zhì)量足夠大并足夠緊致的恒星會(huì)有如此強(qiáng)大的引力場(chǎng)，以致于連光線(xiàn)都不能逃逸——任何從恒星表面發(fā)出的光，還沒(méi)到達(dá)遠(yuǎn)處即會(huì)被恒星的引力吸引回來(lái)。米歇爾暗示，可能存在大量這樣的恒星，雖然會(huì)由于從它們那里發(fā)出的光不會(huì)到達(dá)我們這兒而使我們不能看到它們，但我們?nèi)匀豢梢愿械剿鼈兊囊Φ奈饔谩＿@正是我們現(xiàn)在稱(chēng)為黑洞的物體。它是名符其實(shí)的——在空間中的黑的空洞。幾年之后，法國(guó)科學(xué)家拉普拉斯侯爵顯然獨(dú)自提出和米歇爾類(lèi)似的觀念。非常有趣的是，拉普拉斯只將此觀點(diǎn)納入他的《世界系統(tǒng)》一書(shū)的第一版和第二版中，而在以后的版本中將其刪去，可能他認(rèn)為這是一個(gè)愚蠢的觀念。（此外，光的微粒說(shuō)在19世紀(jì)變得不時(shí)髦了；似乎一切都可以以波動(dòng)理論來(lái)解釋?zhuān)凑詹▌?dòng)理論，不清楚光究竟是否受到引力的影響。）
事實(shí)上，因?yàn)楣馑偈枪潭ǖ模裕谂ｎD引力論中將光類(lèi)似炮彈那樣處理實(shí)在很不協(xié)調(diào)。（從地面發(fā)射上天的炮彈由于引力而減速，最后停止上升并折回地面；然而，一個(gè)光子必須以不變的速度繼續(xù)向上，那么牛頓引力對(duì)于光如何發(fā)生影響呢？）直到1915年愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論之前，一直沒(méi)有關(guān)于引力如何影響光的協(xié)調(diào)的理論。甚至又過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間，這個(gè)理論對(duì)大質(zhì)量恒星的含意才被理解。
為了理解黑洞是如何形成的，我們首先需要理解一個(gè)恒星的生命周期。起初，大量的氣體（大部分為氫）受自身的引力吸引，而開(kāi)始向自身坍縮而形成恒星。當(dāng)它收縮時(shí)，氣體原子相互越來(lái)越頻繁地以越來(lái)越大的速度碰撞——?dú)怏w的溫度上升。最后，氣體變得如此之熱，以至于當(dāng)氫原子碰撞時(shí)，它們不再?gòu)楅_(kāi)而是聚合形成氦。如同一個(gè)受控氫彈爆炸，反應(yīng)中釋放出來(lái)的熱使得恒星發(fā)光。這增添的熱又使氣體的壓力升高，直到它足以平衡引力的吸引，這時(shí)氣體停止收縮。這有一點(diǎn)像氣球——內(nèi)部氣壓試圖使氣球膨脹，橡皮的張力試圖使氣球縮小，它們之間存在一個(gè)平衡。從核反應(yīng)發(fā)出的熱和引力吸引的平衡，使恒星在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持這種平衡。然而，最終恒星會(huì)耗盡了它的氫和其他核燃料。貌似大謬，其實(shí)不然的是，恒星初始的燃料越多，它則燃盡得越快。這是因?yàn)楹阈堑馁|(zhì)量越大，它就必須越熱才足以抵抗引力。而它越熱，它的燃料就被用得越快。我們的太陽(yáng)大概足夠再燃燒50多億年，但是質(zhì)量更大的恒星可以在1億年這么短的時(shí)間內(nèi)用盡其燃料， 這個(gè)時(shí)間尺度比宇宙的年齡短得多了。當(dāng)恒星耗盡了燃料，它開(kāi)始變冷并開(kāi)始收縮。隨后發(fā)生的情況只有等到本世紀(jì)20年代末才初次被人們理解。
1928年，一位印度研究生——薩拉瑪尼安·強(qiáng)德拉塞卡——乘船來(lái)英國(guó)劍橋跟英國(guó)天文學(xué)家阿瑟·愛(ài)丁頓爵士（一位廣義相對(duì)論家）學(xué)習(xí)。（據(jù)記載，在本世紀(jì)20年代初有一位記者告訴愛(ài)丁頓，說(shuō)他聽(tīng)說(shuō)世界上只有三個(gè)人能理解廣義相對(duì)論，愛(ài)丁頓停了一下，然后回答：“我正在想這第三個(gè)人是誰(shuí)”。）在他從印度來(lái)英的旅途中，強(qiáng)德拉塞卡算出在耗盡所有燃料之后，多大的恒星可以繼續(xù)對(duì)抗自己的引力而維持自己。這個(gè)思想是說(shuō)：當(dāng)恒星變小時(shí)，物質(zhì)粒子靠得非常近，而按照泡利不相容原理，它們必須有非常不同的速度。這使得它們互相散開(kāi)并企圖使恒星膨脹。一顆恒星可因引力作用和不相容原理引起的排斥力達(dá)到平衡而保持其半徑不變，正如在它的生命的早期引力被熱所平衡一樣。
然而，強(qiáng)德拉塞卡意識(shí)到，不相容原理所能提供的排斥力有一個(gè)極限。恒星中的粒子的最大速度差被相對(duì)論限制為光速。這意味著，恒星變得足夠緊致之時(shí)，由不相容原理引起的排斥力就會(huì)比引力的作用小。強(qiáng)德拉塞卡計(jì)算出；一個(gè)大約為太陽(yáng)質(zhì)量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。（這質(zhì)量現(xiàn)在稱(chēng)為強(qiáng)德拉塞卡極限。）蘇聯(lián)科學(xué)家列夫·達(dá)維多維奇·蘭道幾乎在同時(shí)也得到了類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)。
這對(duì)大質(zhì)量恒星的最終歸宿具有重大的意義。如果一顆恒星的質(zhì)量比強(qiáng)德拉塞卡極限小，它最后會(huì)停止收縮并終于變成一顆半徑為幾千英哩和密度為每立方英寸幾百?lài)嵉摹鞍装恰薄０装鞘撬镔|(zhì)中電子之間的不相容原理排斥力所支持的。我們觀察到大量這樣的白矮星。第一顆被觀察到的是繞著夜空中最亮的恒星——天狼星轉(zhuǎn)動(dòng)的那一顆。
蘭道指出，對(duì)于恒星還存在另一可能的終態(tài)。其極限質(zhì)量大約也為太陽(yáng)質(zhì)量的一倍或二倍，但是其體積甚至比白矮星還小得多。這些恒星是由中子和質(zhì)子之間，而不是電子之間的不相容原理排斥力所支持。所以它們被叫做中子星。它們的半徑只有10英哩左右，密度為每立方英寸幾億噸。在中子星被第一次預(yù)言時(shí)，并沒(méi)有任何方法去觀察它。實(shí)際上，很久以后它們才被觀察到。
另一方面，質(zhì)量比強(qiáng)德拉塞卡極限還大的恒星在耗盡其燃料時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的問(wèn)題：在某種情形下，它們會(huì)爆炸或拋出足夠的物質(zhì)，使自己的質(zhì)量減少到極限之下，以避免災(zāi)難性的引力坍縮。但是很難令人相信，不管恒星有多大，這總會(huì)發(fā)生。怎么知道它必須損失重量呢？即使每個(gè)恒星都設(shè)法失去足夠多的重量以避免坍縮，如果你把更多的質(zhì)量加在白矮星或中子星上，使之超過(guò)極限將會(huì)發(fā)生什么？它會(huì)坍縮到無(wú)限密度嗎？愛(ài)丁頓為此感到震驚，他拒絕相信強(qiáng)德拉塞卡的結(jié)果。愛(ài)丁頓認(rèn)為，一顆恒星不可能坍縮成一點(diǎn)。這是大多數(shù)科學(xué)家的觀點(diǎn)：愛(ài)因斯坦自己寫(xiě)了一篇論文，宣布恒星的體積不會(huì)收縮為零。其他科學(xué)家，尤其是他以前的老師、恒星結(jié)構(gòu)的主要權(quán)威——愛(ài)丁頓的敵意使強(qiáng)德拉塞卡拋棄了這方面的工作，轉(zhuǎn)去研究諸如恒星團(tuán)運(yùn)動(dòng)等其他天文學(xué)問(wèn)題。然而，他獲得1983年諾貝爾獎(jiǎng)，至少部分原因在于他早年所做的關(guān)于冷恒星的質(zhì)量極限的工作。
強(qiáng)德拉塞卡指出，不相容原理不能夠阻止質(zhì)量大于強(qiáng)德拉塞卡極限的恒星發(fā)生坍縮。但是，根據(jù)廣義相對(duì)論，這樣的恒星會(huì)發(fā)生什么情況呢？這個(gè)問(wèn)題被一位年輕的美國(guó)人羅伯特·奧本海默于1939年首次解決。然而，他所獲得的結(jié)果表明，用當(dāng)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡去觀察不會(huì)再有任何結(jié)果。以后，因第二次世界大戰(zhàn)的干擾，奧本海默本人非常密切地卷入到原子彈計(jì)劃中去。戰(zhàn)后，由于大部分科學(xué)家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去，因而引力坍縮的問(wèn)題被大部分人忘記了。
現(xiàn)在，我們從奧本海默的工作中得到一幅這樣的圖象：恒星的引力場(chǎng)改變了光線(xiàn)的路徑，使之和原先沒(méi)有恒星情況下的路徑不一樣。光錐是表示光線(xiàn)從其頂端發(fā)出后在空間——時(shí)間里傳播的軌道。光錐在恒星表面附近稍微向內(nèi)偏折，在日食時(shí)觀察遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線(xiàn)，可以看到這種偏折現(xiàn)象。當(dāng)該恒星收縮時(shí)，其表面的引力場(chǎng)變得很強(qiáng)，光線(xiàn)向內(nèi)偏折得更多，從而使得光線(xiàn)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(xiàn)變得更黯淡更紅。最后，當(dāng)這恒星收縮到某一臨界半徑時(shí)，表面的引力場(chǎng)變得如此之強(qiáng)，使得光錐向內(nèi)偏折得這么多，以至于光線(xiàn)再也逃逸不出去 。根據(jù)相對(duì)論，沒(méi)有東西會(huì)走得比光還快。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)被引力拉回去。也就是說(shuō)，存在一個(gè)事件的集合或空間——時(shí)間區(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。現(xiàn)在我們將這區(qū)域稱(chēng)作黑洞，將其邊界稱(chēng)作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線(xiàn)的軌跡相重合。
當(dāng)你觀察一個(gè)恒星坍縮并形成黑洞時(shí)，為了理解你所看到的情況，切記在相對(duì)論中沒(méi)有絕對(duì)時(shí)間。每個(gè)觀測(cè)者都有自己的時(shí)間測(cè)量。由于恒星的引力場(chǎng)，在恒星上某人的時(shí)間將和在遠(yuǎn)處某人的時(shí)間不同。假定在坍縮星表面有一無(wú)畏的航天員和恒星一起向內(nèi)坍縮，按照他的表，每一秒鐘發(fā)一信號(hào)到一個(gè)繞著該恒星轉(zhuǎn)動(dòng)的空間飛船上去。在他的表的某一時(shí)刻，譬如11點(diǎn)鐘，恒星剛好收縮到它的臨界半徑，此時(shí)引力場(chǎng)強(qiáng)到?jīng)]有任何東西可以逃逸出去，他的信號(hào)再也不能傳到空間飛船了。當(dāng)11點(diǎn)到達(dá)時(shí)，他在空間飛船中的伙伴發(fā)現(xiàn)，航天員發(fā)來(lái)的一串信號(hào)的時(shí)間間隔越變?cè)介L(zhǎng)。但是這個(gè)效應(yīng)在10點(diǎn)59分59秒之前是非常微小的。在收到10點(diǎn)59分58秒和10點(diǎn)59分59秒發(fā)出的兩個(gè)信號(hào)之間，他們只需等待比一秒鐘稍長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間，然而他們必須為11點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)等待無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間。按照航天員的手表，光波是在10點(diǎn)59分59秒和11點(diǎn)之間由恒星表面發(fā)出；從空間飛船上看，那光波被散開(kāi)到無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間間隔里。在空間飛船上收到這一串光波的時(shí)間間隔變得越來(lái)越長(zhǎng)，所以恒星來(lái)的光顯得越來(lái)越紅、越來(lái)越淡，最后，該恒星變得如此之朦朧，以至于從空間飛船上再也看不見(jiàn)它，所余下的只是空間中的一個(gè)黑洞。然而，此恒星繼續(xù)以同樣的引力作用到空間飛船上，使飛船繼續(xù)繞著所形成的黑洞旋轉(zhuǎn)。
但是由于以下的問(wèn)題，使得上述情景不是完全現(xiàn)實(shí)的。你離開(kāi)恒星越遠(yuǎn)則引力越弱，所以作用在這位無(wú)畏的航天員腳上的引力總比作用到他頭上的大。在恒星還未收縮到臨界半徑而形成事件視界之前，這力的差就已經(jīng)將我們的航天員拉成意大利面條那樣，甚至將他撕裂！然而，我們相信，在宇宙中存在質(zhì)量大得多的天體，譬如星系的中心區(qū)域，它們?cè)馐艿揭μs而產(chǎn)生黑洞；一位在這樣的物體上面的航天員在黑洞形成之前不會(huì)被撕開(kāi)。事實(shí)上，當(dāng)他到達(dá)臨界半徑時(shí)，不會(huì)有任何異樣的感覺(jué)，甚至在通過(guò)永不回返的那一點(diǎn)時(shí)，都沒(méi)注意到。但是，隨著這區(qū)域繼續(xù)坍縮，只要在幾個(gè)鐘頭之內(nèi)，作用到他頭上和腳上的引力之差會(huì)變得如此之大，以至于再將其撕裂。
羅杰·彭羅斯和我在1965年和1970年之間的研究指出，根據(jù)廣義相對(duì)論，在黑洞中必然存在無(wú)限大密度和空間——時(shí)間曲率的奇點(diǎn)。這和時(shí)間開(kāi)端時(shí)的大爆炸相當(dāng)類(lèi)似，只不過(guò)它是一個(gè)坍縮物體和航天員的時(shí)間終點(diǎn)而已。在此奇點(diǎn)，科學(xué)定律和我們預(yù)言將來(lái)的能力都失效了。然而，任何留在黑洞之外的觀察者，將不會(huì)受到可預(yù)見(jiàn)性失效的影響，因?yàn)閺钠纥c(diǎn)出發(fā)的不管是光還是任何其他信號(hào)都不能到達(dá)他那兒。這令人驚奇的事實(shí)導(dǎo)致羅杰·彭羅斯提出了宇宙監(jiān)督猜測(cè)，它可以被意譯為：“上帝憎惡裸奇點(diǎn)。”換言之，由引力坍縮所產(chǎn)生的奇點(diǎn)只能發(fā)生在像黑洞這樣的地方，在那兒它被事件視界體面地遮住而不被外界看見(jiàn)。嚴(yán)格地講，這是所謂弱的宇宙監(jiān)督猜測(cè)：它使留在黑洞外面的觀察者不致受到發(fā)生在奇點(diǎn)處的可預(yù)見(jiàn)性失效的影響，但它對(duì)那位不幸落到
黑洞 black hole
一團(tuán)物質(zhì),如果其引力場(chǎng)強(qiáng)大到足以使時(shí)空完全彎曲而圍繞它自身,因而任何東西,甚至連光都無(wú)法逃逸,就叫做黑洞.不太多的物質(zhì)被壓縮到極高密度(例如將地球壓縮到一粒豌豆大小),或者,極大的一團(tuán)較低密度物質(zhì)(例如幾百萬(wàn)倍于太陽(yáng)的質(zhì)量分布在直徑與太陽(yáng)系一樣的球中,大致具有水的密度),都能出現(xiàn)這種情形.
第一位提出可能存在引力強(qiáng)大到光線(xiàn)不能逃離的'黑洞'的人是皇家學(xué)會(huì)特別會(huì)員約翰·米切爾,他于1783年向皇家學(xué)會(huì)陳述了這一見(jiàn)解.米切爾的計(jì)算依據(jù)是牛頓引力理論和光的微粒理論.前者是當(dāng)時(shí)最好的引力理論.后者則把光設(shè)想為有如小型炮彈的微小粒子(現(xiàn)在叫做光子)流.米切爾假定,這些光粒子應(yīng)該像任何其他物體一樣受到引力的影響.由于奧利·羅默(Ole Romer)早在100多年前就精確測(cè)定了光速.所以米切爾得以計(jì)算一個(gè)具有太陽(yáng)密度的天體必須多大,才能使逃逸速度大于光速.
如果這樣的天體存在,光就不能逃離它們,所以它們應(yīng)該是黑的.太陽(yáng)表面的逃逸速度只有光速的0.2%,但如果設(shè)想一系列越來(lái)越大但密度與太陽(yáng)相同的天體,則逃逸速度迅速增高.米切爾指出,直徑為太陽(yáng)直徑500倍的這樣一個(gè)天體(與太陽(yáng)系的大小相似),其逃逸速度應(yīng)該超過(guò)光速.
皮埃爾·拉普拉斯(Pierre Laplace)獨(dú)立得出并于1796年發(fā)表了同樣的結(jié)論.米切爾在一次特具先見(jiàn)之明的評(píng)論中指出,雖然這樣的天體是看不見(jiàn)的,但'如果碰巧任何其他發(fā)光天體圍繞它們運(yùn)行,我們也許仍有可能根據(jù)這些繞行天體的運(yùn)動(dòng)情況推斷中央天體的存在.換言之,米切爾認(rèn)為,如果黑洞存在于雙星中,那將最容易被發(fā)同.但這一有在黑星的見(jiàn)解在19世紀(jì)被遺忘了,直到天文學(xué)家認(rèn)識(shí)到黑洞可經(jīng)由另一途徑產(chǎn)生,在研討阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論時(shí)才重新提起.
第一次世界大戰(zhàn)時(shí)在東部戰(zhàn)線(xiàn)服役的天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)是最先對(duì)愛(ài)因斯坦理論結(jié)論進(jìn)行分析的人之一.廣義相對(duì)論將引力解釋為時(shí)空在物質(zhì)近旁彎曲的結(jié)果.史瓦西計(jì)算了球形物體周?chē)鷷r(shí)空幾何特性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型,將它的計(jì)算寄給愛(ài)因斯坦,后者于1916年初把它們提交給普魯士科學(xué)院.這些計(jì)算表明,對(duì)'任何'質(zhì)量者存在一個(gè)臨界半徑,現(xiàn)在稱(chēng)為史瓦西半徑,它對(duì)應(yīng)時(shí)空一種極端的變形,使得如果質(zhì)量被擠壓到臨界半徑以?xún)?nèi),空間將彎曲到圍繞該物體并將它與宇宙其余部分隔斷開(kāi)來(lái).它實(shí)際上成為了一個(gè)自行其是的獨(dú)立的宇宙,任何東西(光也在內(nèi))都無(wú)法逃離它.
對(duì)于太陽(yáng)史瓦西半徑是公里對(duì)于地球,它等于0.88厘米.這并不意味太陽(yáng)或地球中心有一個(gè)大小合適現(xiàn)在稱(chēng)為黑洞(這個(gè)名詞是1967年才首次由約翰·惠勒用于這一含義的東西存在.在離天體中心的這一距離上,時(shí)空沒(méi)有任何反常.史瓦西計(jì)算表明的是,如果太陽(yáng)被擠壓進(jìn)半徑2.9公里的球內(nèi),或者,如果地球被擠壓進(jìn)半徑僅0.88厘米的球內(nèi),它們就將永遠(yuǎn)在一個(gè)黑洞內(nèi)而與外部宇宙隔離.物質(zhì)仍然可以掉進(jìn)這樣一個(gè)黑洞但沒(méi)東西能夠逃出來(lái).
這些結(jié)論被看成純粹數(shù)學(xué)珍藏品達(dá)數(shù)十年之久，因?yàn)闆](méi)有人認(rèn)為真正的、實(shí)在的物體能夠坍縮到形成黑洞所要求的極端密度。1920年代開(kāi)始了解了白矮星，但即使白矮星也擁有與太陽(yáng)大致相同的質(zhì)量而大小卻與地球差不多，其半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3公里。人們也未能及時(shí)領(lǐng)悟到，如果有大量的一般密度物質(zhì)，也可以造出一個(gè)本質(zhì)上與米切爾和拉普拉斯所想像的相同的黑洞。與任意質(zhì)量M對(duì)應(yīng)的史瓦西半徑由公式2GM/c2給出，其中G是引力常數(shù)。c是光速。
1930年代，薩布拉曼揚(yáng)·昌德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）證明，即使一顆白矮星，也僅當(dāng)其質(zhì)量小于1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)才是穩(wěn)定的，任何死亡的星如果比這更重，必將進(jìn)一步坍縮。有些研究家想到了這也許會(huì)導(dǎo)致形成中子星的可能性，中子星的典型半徑僅約白矮星的1/700，也就是幾公里大小。但這個(gè)思想一直要等到1960年代中期發(fā)現(xiàn)脈沖星，證明中子星確實(shí)存在之后，才被廣泛接受。
這重新燃起了對(duì)黑洞理論的興趣，因?yàn)橹凶有遣畈欢嗑鸵兂珊诙戳恕ｋm然很難想像將太陽(yáng)壓縮到半徑2.9公里以?xún)?nèi)，但現(xiàn)在已經(jīng)知道存在質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)、半徑小于10公里的中子星，從中子星到黑洞也就一步之遙了。
理論研究表明，一個(gè)黑洞的行為僅由其三個(gè)特性所規(guī)定——它的質(zhì)量、它的電荷和它的自轉(zhuǎn)（角動(dòng)量）。無(wú)電荷、無(wú)自轉(zhuǎn)的黑洞用愛(ài)因斯坦方程式的史瓦西解描述；有電荷、無(wú)自轉(zhuǎn)的黑洞用賴(lài)斯納—諾德斯特羅姆解描述；無(wú)電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾解描述；有電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾—紐曼解描述。黑洞沒(méi)有其他特性，這已由‘黑洞沒(méi)有毛發(fā)’這句名言所概括。現(xiàn)實(shí)的黑洞大概應(yīng)該是自轉(zhuǎn)而無(wú)電荷，所以克爾解最令人感興趣。
現(xiàn)在都認(rèn)為，黑洞和中子星都是在磊質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí)的臨死掙扎中產(chǎn)生的。計(jì)算表明，任何質(zhì)量大致小于3倍太陽(yáng)質(zhì)量（奧本海默—弗爾科夫極限）的至密超新星遺跡可以形成穩(wěn)定的中子星，但任何質(zhì)量大于這一極限的致密進(jìn)退新星遺跡將坍縮為黑洞，其內(nèi)容物將被壓進(jìn)黑洞中心的奇點(diǎn)，這正好是宇宙由之誕生的大爆炸奇點(diǎn)的鏡像反轉(zhuǎn)。如果這樣一個(gè)天體碰巧在繞一顆普通恒星的軌道上，它將剝奪伴星的物質(zhì)，形成一個(gè)由向黑洞匯集的熱物質(zhì)構(gòu)成的吸積盤(pán)。吸積盤(pán)中的溫度可以升至極高，以致它能輻射X射線(xiàn)，而使黑洞可被探測(cè)到。
1970年代初，米切爾的預(yù)言有了反響：在一個(gè)雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了這樣一種天體。一個(gè)叫做天鵝座X—1的X射線(xiàn)源被證認(rèn)為恒星HDE226868。這個(gè)系統(tǒng)的軌道動(dòng)力學(xué)特性表明，該源的X射線(xiàn)來(lái)自圍繞可見(jiàn)星軌道上一個(gè)比地球小的天體，但源的質(zhì)量卻大于奧本海默—弗爾科夫極限。這只可能是一個(gè)黑洞。此后，用同一方法又證認(rèn)了其他少數(shù)幾個(gè)黑洞。而1994年天鵝座V404這個(gè)系統(tǒng)成為迄今最佳黑洞‘候選體’，這是一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量70%的恒星圍繞大約12倍太陽(yáng)質(zhì)量的X射線(xiàn)源運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。但是，這些已被認(rèn)可的黑洞證認(rèn)大概不過(guò)是冰山之尖而已。
這種‘恒星質(zhì)量’黑洞，正如米切爾領(lǐng)悟的，只有當(dāng)它們?cè)陔p星系統(tǒng)中時(shí)才能探測(cè)到。一個(gè)孤立的黑洞無(wú)愧于它的名稱(chēng)——它是黑暗的、不可探測(cè)的。然而，根據(jù)天體物理學(xué)理論，很多恒星應(yīng)該以中子星或黑洞作為其生命的結(jié)束。觀測(cè)者在雙星系統(tǒng)中實(shí)際上探測(cè)到的合適黑洞候選者差不多與他們發(fā)現(xiàn)的脈沖雙星一樣多，這表示孤立的恒星質(zhì)量黑洞數(shù)目應(yīng)該與孤立的脈沖星數(shù)目相同，這一推測(cè)得到了理論計(jì)算的支持。 我們銀河系中現(xiàn)在已知大約500個(gè)活動(dòng)的脈沖星。但理論表明，一個(gè)脈沖星作為射電源的活動(dòng)期是很短的，它很快衰竭成無(wú)法探測(cè)的寧?kù)o狀態(tài)。所以，相應(yīng)地我們周?chē)鷳?yīng)該存在更多的‘死’脈沖星（寧?kù)o中子星）。我們的銀河指法含有1000億顆明亮的恒星，而且已經(jīng)存在了數(shù)十億年之久。最佳的估計(jì)是，我們銀河指法今天含有4億個(gè)死脈沖星，而恒星質(zhì)量黑洞數(shù)量的甚至保守估計(jì)也達(dá)到這一數(shù)字的1/4——1億個(gè)。如果真有這么多黑洞，而黑洞又無(wú)規(guī)則地散布在銀河系中的話(huà)，則最近的一個(gè)黑洞也離我們僅僅15光年。既然我們銀河系沒(méi)有什么獨(dú)特之處，那么宇宙中每個(gè)其他的星系也應(yīng)該含有同樣多的黑洞。Ic
星系也可能含有某種很像米切爾的拉普拉斯最初設(shè)想的‘黑星’的天體。這樣的天體現(xiàn)在稱(chēng)為‘特大質(zhì)量黑洞’，被認(rèn)為存在于活動(dòng)星系和類(lèi)星體的中心，它們提供的引力能可能解釋這些天體的巨大能量來(lái)源。一個(gè)大小如太陽(yáng)系、質(zhì)量數(shù)百萬(wàn)倍于太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，可以從周?chē)磕晔车粢坏絻深w恒星的物質(zhì)。在這個(gè)過(guò)程中，很大一部分恒星質(zhì)量將遵照愛(ài)因斯坦分工E=mc2轉(zhuǎn)變成能量。寧?kù)o的超大質(zhì)量黑洞可能存在于包括我們銀河系在內(nèi)的所有星系星系的中心。
1994年，利用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，在離我們銀河系1500萬(wàn)秒差距的星系M87中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大小約15萬(wàn)秒差距的熱物質(zhì)盤(pán)，在繞該星系中心區(qū)運(yùn)動(dòng)，速率達(dá)到約2百萬(wàn)公里每小時(shí)（約5*10-7 5乘于10的7次方，厘米/秒，幾乎是光速的0.2%）。從M87的中心‘引擎’射出一條長(zhǎng)度超過(guò)1千秒差距的氣體噴流。M87中心吸積盤(pán)中的軌道速率決定性地證明，它是一個(gè)擁有30億倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞引力控制之下，噴流則可解釋為從吸積系統(tǒng)的一個(gè)極區(qū)涌出來(lái)的能量。
也是在1994年，牛津大學(xué)和基爾大學(xué)的天文學(xué)家，在稱(chēng)為天鵝座V404的雙星系統(tǒng)中證認(rèn)了一個(gè)恒星質(zhì)量黑洞。我們已經(jīng)指出，該系統(tǒng)的軌道參數(shù)使他們得以給黑洞準(zhǔn)確‘量體重’，得出黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)的12倍，而圍繞它運(yùn)動(dòng)的普通恒星僅有太陽(yáng)質(zhì)量的70%左右。這是迄今對(duì)‘黑星’質(zhì)量有最精確測(cè)量，因而它也是關(guān)于黑洞存在的最佳的、獨(dú)特的證明.
有人推測(cè)，大爆炸中可能已經(jīng)產(chǎn)生了大量的微黑洞或原始黑洞，它們提供了宇宙質(zhì)量的相當(dāng)大部分。這種微黑洞典型大小同一個(gè)原子相當(dāng)，質(zhì)量大概是1億噸（10-11， 10的11次方千克）。沒(méi)有證據(jù)表示這種天體確實(shí)存在，但也很難證明它們不存在。
參考資料：http://www.astron.sh.cn/cgi-bin/topic.cgi?forum=1&topic=4242
回答者：正宗百科全書(shū) - 舉人 四級(jí) 3-10 17:40
黑洞 black hole
一團(tuán)物質(zhì),如果其引力場(chǎng)強(qiáng)大到足以使時(shí)空完全彎曲而圍繞它自身,因而任何東西,甚至連光都無(wú)法逃逸,就叫做黑洞.不太多的物質(zhì)被壓縮到極高密度(例如將地球壓縮到一粒豌豆大小),或者,極大的一團(tuán)較低密度物質(zhì)(例如幾百萬(wàn)倍于太陽(yáng)的質(zhì)量分布在直徑與太陽(yáng)系一樣的球中,大致具有水的密度),都能出現(xiàn)這種情形.
第一位提出可能存在引力強(qiáng)大到光線(xiàn)不能逃離的'黑洞'的人是皇家學(xué)會(huì)特別會(huì)員約翰·米切爾,他于1783年向皇家學(xué)會(huì)陳述了這一見(jiàn)解.米切爾的計(jì)算依據(jù)是牛頓引力理論和光的微粒理論.前者是當(dāng)時(shí)最好的引力理論.后者則把光設(shè)想為有如小型炮彈的微小粒子(現(xiàn)在叫做光子)流.米切爾假定,這些光粒子應(yīng)該像任何其他物體一樣受到引力的影響.由于奧利·羅默(Ole Romer)早在100多年前就精確測(cè)定了光速.所以米切爾得以計(jì)算一個(gè)具有太陽(yáng)密度的天體必須多大,才能使逃逸速度大于光速.
如果這樣的天體存在,光就不能逃離它們,所以它們應(yīng)該是黑的.太陽(yáng)表面的逃逸速度只有光速的0.2%,但如果設(shè)想一系列越來(lái)越大但密度與太陽(yáng)相同的天體,則逃逸速度迅速增高.米切爾指出,直徑為太陽(yáng)直徑500倍的這樣一個(gè)天體(與太陽(yáng)系的大小相似),其逃逸速度應(yīng)該超過(guò)光速.
皮埃爾·拉普拉斯(Pierre Laplace)獨(dú)立得出并于1796年發(fā)表了同樣的結(jié)論.米切爾在一次特具先見(jiàn)之明的評(píng)論中指出,雖然這樣的天體是看不見(jiàn)的,但'如果碰巧任何其他發(fā)光天體圍繞它們運(yùn)行,我們也許仍有可能根據(jù)這些繞行天體的運(yùn)動(dòng)情況推斷中央天體的存在.換言之,米切爾認(rèn)為,如果黑洞存在于雙星中,那將最容易被發(fā)同.但這一有在黑星的見(jiàn)解在19世紀(jì)被遺忘了,直到天文學(xué)家認(rèn)識(shí)到黑洞可經(jīng)由另一途徑產(chǎn)生,在研討阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論時(shí)才重新提起.
第一次世界大戰(zhàn)時(shí)在東部戰(zhàn)線(xiàn)服役的天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)是最先對(duì)愛(ài)因斯坦理論結(jié)論進(jìn)行分析的人之一.廣義相對(duì)論將引力解釋為時(shí)空在物質(zhì)近旁彎曲的結(jié)果.史瓦西計(jì)算了球形物體周?chē)鷷r(shí)空幾何特性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型,將它的計(jì)算寄給愛(ài)因斯坦,后者于1916年初把它們提交給普魯士科學(xué)院.這些計(jì)算表明,對(duì)'任何'質(zhì)量者存在一個(gè)臨界半徑,現(xiàn)在稱(chēng)為史瓦西半徑,它對(duì)應(yīng)時(shí)空一種極端的變形,使得如果質(zhì)量被擠壓到臨界半徑以?xún)?nèi),空間將彎曲到圍繞該物體并將它與宇宙其余部分隔斷開(kāi)來(lái).它實(shí)際上成為了一個(gè)自行其是的獨(dú)立的宇宙,任何東西(光也在內(nèi))都無(wú)法逃離它.
對(duì)于太陽(yáng)史瓦西半徑是公里對(duì)于地球,它等于0.88厘米.這并不意味太陽(yáng)或地球中心有一個(gè)大小合適現(xiàn)在稱(chēng)為黑洞(這個(gè)名詞是1967年才首次由約翰·惠勒用于這一含義的東西存在.在離天體中心的這一距離上,時(shí)空沒(méi)有任何反常.史瓦西計(jì)算表明的是,如果太陽(yáng)被擠壓進(jìn)半徑2.9公里的球內(nèi),或者,如果地球被擠壓進(jìn)半徑僅0.88厘米的球內(nèi),它們就將永遠(yuǎn)在一個(gè)黑洞內(nèi)而與外部宇宙隔離.物質(zhì)仍然可以掉進(jìn)這樣一個(gè)黑洞但沒(méi)東西能夠逃出來(lái).
這些結(jié)論被看成純粹數(shù)學(xué)珍藏品達(dá)數(shù)十年之久，因?yàn)闆](méi)有人認(rèn)為真正的、實(shí)在的物體能夠坍縮到形成黑洞所要求的極端密度。1920年代開(kāi)始了解了白矮星，但即使白矮星也擁有與太陽(yáng)大致相同的質(zhì)量而大小卻與地球差不多，其半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3公里。人們也未能及時(shí)領(lǐng)悟到，如果有大量的一般密度物質(zhì)，也可以造出一個(gè)本質(zhì)上與米切爾和拉普拉斯所想像的相同的黑洞。與任意質(zhì)量M對(duì)應(yīng)的史瓦西半徑由公式2GM/c2給出，其中G是引力常數(shù)。c是光速。
1930年代，薩布拉曼揚(yáng)·昌德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）證明，即使一顆白矮星，也僅當(dāng)其質(zhì)量小于1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)才是穩(wěn)定的，任何死亡的星如果比這更重，必將進(jìn)一步坍縮。有些研究家想到了這也許會(huì)導(dǎo)致形成中子星的可能性，中子星的典型半徑僅約白矮星的1/700，也就是幾公里大小。但這個(gè)思想一直要等到1960年代中期發(fā)現(xiàn)脈沖星，證明中子星確實(shí)存在之后，才被廣泛接受。
這重新燃起了對(duì)黑洞理論的興趣，因?yàn)橹凶有遣畈欢嗑鸵兂珊诙戳恕ｋm然很難想像將太陽(yáng)壓縮到半徑2.9公里以?xún)?nèi)，但現(xiàn)在已經(jīng)知道存在質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)、半徑小于10公里的中子星，從中子星到黑洞也就一步之遙了。
理論研究表明，一個(gè)黑洞的行為僅由其三個(gè)特性所規(guī)定——它的質(zhì)量、它的電荷和它的自轉(zhuǎn)（角動(dòng)量）。無(wú)電荷、無(wú)自轉(zhuǎn)的黑洞用愛(ài)因斯坦方程式的史瓦西解描述；有電荷、無(wú)自轉(zhuǎn)的黑洞用賴(lài)斯納—諾德斯特羅姆解描述；無(wú)電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾解描述；有電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾—紐曼解描述。黑洞沒(méi)有其他特性，這已由‘黑洞沒(méi)有毛發(fā)’這句名言所概括。現(xiàn)實(shí)的黑洞大概應(yīng)該是自轉(zhuǎn)而無(wú)電荷，所以克爾解最令人感興趣。
現(xiàn)在都認(rèn)為，黑洞和中子星都是在磊質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí)的臨死掙扎中產(chǎn)生的。計(jì)算表明，任何質(zhì)量大致小于3倍太陽(yáng)質(zhì)量（奧本海默—弗爾科夫極限）的至密超新星遺跡可以形成穩(wěn)定的中子星，但任何質(zhì)量大于這一極限的致密進(jìn)退新星遺跡將坍縮為黑洞，其內(nèi)容物將被壓進(jìn)黑洞中心的奇點(diǎn)，這正好是宇宙由之誕生的大爆炸奇點(diǎn)的鏡像反轉(zhuǎn)。如果這樣一個(gè)天體碰巧在繞一顆普通恒星的軌道上，它將剝奪伴星的物質(zhì)，形成一個(gè)由向黑洞匯集的熱物質(zhì)構(gòu)成的吸積盤(pán)。吸積盤(pán)中的溫度可以升至極高，以致它能輻射X射線(xiàn)，而使黑洞可被探測(cè)到。
1970年代初，米切爾的預(yù)言有了反響：在一個(gè)雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了這樣一種天體。一個(gè)叫做天鵝座X—1的X射線(xiàn)源被證認(rèn)為恒星HDE226868。這個(gè)系統(tǒng)的軌道動(dòng)力學(xué)特性表明，該源的X射線(xiàn)來(lái)自圍繞可見(jiàn)星軌道上一個(gè)比地球小的天體，但源的質(zhì)量卻大于奧本海默—弗爾科夫極限。這只可能是一個(gè)黑洞。此后，用同一方法又證認(rèn)了其他少數(shù)幾個(gè)黑洞。而1994年天鵝座V404這個(gè)系統(tǒng)成為迄今最佳黑洞‘候選體’，這是一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量70%的恒星圍繞大約12倍太陽(yáng)質(zhì)量的X射線(xiàn)源運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。但是，這些已被認(rèn)可的黑洞證認(rèn)大概不過(guò)是冰山之尖而已。
這種‘恒星質(zhì)量’黑洞，正如米切爾領(lǐng)悟的，只有當(dāng)它們?cè)陔p星系統(tǒng)中時(shí)才能探測(cè)到。一個(gè)孤立的黑洞無(wú)愧于它的名稱(chēng)——它是黑暗的、不可探測(cè)的。然而，根據(jù)天體物理學(xué)理論，很多恒星應(yīng)該以中子星或黑洞作為其生命的結(jié)束。觀測(cè)者在雙星系統(tǒng)中實(shí)際上探測(cè)到的合適黑洞候選者差不多與他們發(fā)現(xiàn)的脈沖雙星一樣多，這表示孤立的恒星質(zhì)量黑洞數(shù)目應(yīng)該與孤立的脈沖星數(shù)目相同，這一推測(cè)得到了理論計(jì)算的支持。 我們銀河系中現(xiàn)在已知大約500個(gè)活動(dòng)的脈沖星。但理論表明，一個(gè)脈沖星作為射電源的活動(dòng)期是很短的，它很快衰竭成無(wú)法探測(cè)的寧?kù)o狀態(tài)。所以，相應(yīng)地我們周?chē)鷳?yīng)該存在更多的‘死’脈沖星（寧?kù)o中子星）。我們的銀河指法含有1000億顆明亮的恒星，而且已經(jīng)存在了數(shù)十億年之久。最佳的估計(jì)是，我們銀河指法今天含有4億個(gè)死脈沖星，而恒星質(zhì)量黑洞數(shù)量的甚至保守估計(jì)也達(dá)到這一數(shù)字的1/4——1億個(gè)。如果真有這么多黑洞，而黑洞又無(wú)規(guī)則地散布在銀河系中的話(huà)，則最近的一個(gè)黑洞也離我們僅僅15光年。既然我們銀河系沒(méi)有什么獨(dú)特之處，那么宇宙中每個(gè)其他的星系也應(yīng)該含有同樣多的黑洞。Ic
星系也可能含有某種很像米切爾的拉普拉斯最初設(shè)想的‘黑星’的天體。這樣的天體現(xiàn)在稱(chēng)為‘特大質(zhì)量黑洞’，被認(rèn)為存在于活動(dòng)星系和類(lèi)星體的中心，它們提供的引力能可能解釋這些天體的巨大能量來(lái)源。一個(gè)大小如太陽(yáng)系、質(zhì)量數(shù)百萬(wàn)倍于太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，可以從周?chē)磕晔车粢坏絻深w恒星的物質(zhì)。在這個(gè)過(guò)程中，很大一部分恒星質(zhì)量將遵照愛(ài)因斯坦分工E=mc2轉(zhuǎn)變成能量。寧?kù)o的超大質(zhì)量黑洞可能存在于包括我們銀河系在內(nèi)的所有星系星系的中心。
1994年，利用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，在離我們銀河系1500萬(wàn)秒差距的星系M87中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大小約15萬(wàn)秒差距的熱物質(zhì)盤(pán)，在繞該星系中心區(qū)運(yùn)動(dòng)，速率達(dá)到約2百萬(wàn)公里每小時(shí)（約5*10-7 5乘于10的7次方，厘米/秒，幾乎是光速的0.2%）。從M87的中心‘引擎’射出一條長(zhǎng)度超過(guò)1千秒差距的氣體噴流。M87中心吸積盤(pán)中的軌道速率決定性地證明，它是一個(gè)擁有30億倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞引力控制之下，噴流則可解釋為從吸積系統(tǒng)的一個(gè)極區(qū)涌出來(lái)的能量。
也是在1994年，牛津大學(xué)和基爾大學(xué)的天文學(xué)家，在稱(chēng)為天鵝座V404的雙星系統(tǒng)中證認(rèn)了一個(gè)恒星質(zhì)量黑洞。我們已經(jīng)指出，該系統(tǒng)的軌道參數(shù)使他們得以給黑洞準(zhǔn)確‘量體重’，得出黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)的12倍，而圍繞它運(yùn)動(dòng)的普通恒星僅有太陽(yáng)質(zhì)量的70%左右。這是迄今對(duì)‘黑星’質(zhì)量有最精確測(cè)量，因而它也是關(guān)于黑洞存在的最佳的、獨(dú)特的證明.
有人推測(cè)，大爆炸中可能已經(jīng)產(chǎn)生了大量的微黑洞或原始黑洞，它們提供了宇宙質(zhì)量的相當(dāng)大部分。這種微黑洞典型大小同一個(gè)原子相當(dāng)，質(zhì)量大概是1億噸（10-11， 10的11次方千克）。沒(méi)有證據(jù)表示這種天體確實(shí)存在，但也很難證明它們不存在。
黑洞是由德國(guó)數(shù)學(xué)家卡爾·史瓦西首次計(jì)算出來(lái)的，在黑洞周?chē)魏螙|西無(wú)論是信號(hào)、光還是物質(zhì)都無(wú)法逃逸，時(shí)空在這里成為了一個(gè)無(wú)底洞，這么一個(gè)看不到摸不到也探測(cè)不到的地方就叫黑洞。
紐約美國(guó)自然歷史博物館海登天文館館長(zhǎng)尼爾·德格拉斯·泰森表示：“如果我們?cè)夂诙匆u擊，對(duì)于太陽(yáng)系來(lái)說(shuō)，這將是一個(gè)不幸的時(shí)刻。”龐大的銀河系中存在著數(shù)十億顆恒
星，每一顆都處于生命周期中不同的點(diǎn)。科學(xué)家認(rèn)為，如果按常規(guī)推測(cè)，每天死亡的恒星至少有1顆。一些質(zhì)量巨大的恒星在其生命的最后階段會(huì)發(fā)生塌陷并最終演化為黑洞。擁有巨大引力的黑洞充當(dāng)無(wú)形的宇宙真空吸塵器，吞噬所到之處的一切物體，就連光線(xiàn)也無(wú)法逃離它的魔爪。
紐約市立大學(xué)理論物理學(xué)教授加來(lái)道雄解釋說(shuō)：“如果發(fā)射核武器攻擊黑洞，所產(chǎn)生的效果不過(guò)是打了個(gè)小洞而已，巨大的黑洞引力實(shí)在是太可怕了。”黑洞位于所有龐大星系的心臟。人類(lèi)所在的銀河系的中央也存在這樣一個(gè)宇宙怪物。天文學(xué)家表示，在宇宙中“定居”的黑洞數(shù)量可能超過(guò)1000萬(wàn)。
科學(xué)家最初認(rèn)為人類(lèi)無(wú)需有任何恐慌，因?yàn)楹诙幢徽J(rèn)為是固定不動(dòng)的。加來(lái)道雄表示：“2000年，情況變得一團(tuán)糟，也就是這個(gè)時(shí)候，我們找到確實(shí)的證據(jù)，證明銀河系中存在流浪的黑洞，而且就挨著我們的后院。”科學(xué)家表示，幸運(yùn)的是，黑洞朝地球進(jìn)發(fā)進(jìn)而吞噬人類(lèi)的可能性極低。然而，如果一個(gè)黑洞真的進(jìn)入太陽(yáng)系并與地球成為鄰居，人類(lèi)世界會(huì)發(fā)生什么呢？
可怕的黑洞能夠吞噬光線(xiàn)，科學(xué)家仍無(wú)法對(duì)它進(jìn)行直接觀察，但他們可以觀察黑洞對(duì)周?chē)镔|(zhì)的破壞。天文學(xué)家表示，黑洞來(lái)襲的最初征兆是夜晚天空中發(fā)生的微妙變化。黑洞引力將扭曲地球的軌道，我們隨即發(fā)現(xiàn)其它行星以及銀河系中恒星的軌道發(fā)生變化。黑洞距離地球越近，地球軌道遭扭曲的程度也就越嚴(yán)重。即便是一顆距離太陽(yáng)系10億英里的黑洞，仍會(huì)影響地球的軌道，改變我們的潮汐。
如果一顆流浪的黑洞逼近太陽(yáng)系并且向地球進(jìn)發(fā)，科幻小說(shuō)中描寫(xiě)的人類(lèi)浩劫將成為現(xiàn)實(shí)。地球?qū)_出它的軌道脫離太陽(yáng)系，或是朝相反的方向飛向太陽(yáng)，致命的高溫將地球上的一切生靈化為灰燼。無(wú)論是哪一種情況，一旦黑洞逼近地球，人類(lèi)家園將被無(wú)情劈開(kāi)，難逃被吞噬的命運(yùn)。泰森表示：“在黑洞與地球的較量中，地球注定要失敗，這是顯而易見(jiàn)的。”
天文學(xué)家通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在宇宙中有一些引力非常大卻又看不到任何天體的區(qū)域，稱(chēng)之為黑洞。黑洞是位居宇宙空間和時(shí)間構(gòu)造中的一些深不見(jiàn)底的類(lèi)似井狀的東西，具有極大的吸引力，包括光在內(nèi)的任何物體都無(wú)法逃脫被吸入的命運(yùn)。這就使得人們對(duì)于黑洞的研究變得異常困難：它既不向外散發(fā)能量，也不表現(xiàn)出任何形式的能量，人們根本無(wú)法看到它。因此，人們對(duì)于黑洞的研究就象是對(duì)一種看不見(jiàn)的東西進(jìn)行研究。
科學(xué)家們認(rèn)為，黑洞由一顆或多顆天體坍縮形成，當(dāng)一顆質(zhì)量相當(dāng)大的星體核能(氫)耗盡后，沒(méi)有輻射壓力去抵抗重力，平衡態(tài)不再存在時(shí)，這個(gè)星體將全面塌縮。質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，當(dāng)中子星的總質(zhì)量超過(guò)三倍太陽(yáng)的質(zhì)量時(shí)將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。若其質(zhì)量仍大于3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，那么連中子的氣體壓力也不能平衡重力，星體將繼續(xù)塌縮至它的重力半徑范圍之內(nèi)。這時(shí)，引力之大足以使一切粒子，包括光子，都被引回星體本身，不能外逸，就形成了引力極強(qiáng)的黑洞。黑洞可以吞噬附近的一切物質(zhì)，它先將物質(zhì)吸引到附近圍繞它們高速旋轉(zhuǎn)；隨著轉(zhuǎn)速的加快，物質(zhì)變?yōu)橹藷岬牡入x子體，并逐漸靠近黑洞旋轉(zhuǎn)中心；當(dāng)它們最終接近黑洞時(shí)，就會(huì)被吞噬。
通常，黑洞是無(wú)法被發(fā)現(xiàn)的，但是也有例外：如果在它附近有氣團(tuán)，則會(huì)產(chǎn)生飛向黑洞的氣流，于是氣流也暴露了黑洞的位置。眾所周知，在壓縮時(shí)氣體物質(zhì)會(huì)被加熱到幾百萬(wàn)度，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的X射線(xiàn)輻射。用X射線(xiàn)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡就可以探測(cè)到黑洞的存在。2004年，著名的“錢(qián)德拉”X射線(xiàn)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆巨大黑洞的X射線(xiàn)，并將其命名為“SDSSpJ306”，它位于距離我們地球26億光年的MS0735星團(tuán)。天文學(xué)家通過(guò)對(duì)這些X射線(xiàn)和其所在星系的重力影響一起進(jìn)行檢測(cè)，推測(cè)它“出生”于127億年前———而宇宙大爆炸發(fā)生在137億年前。這說(shuō)明，黑洞與星系同時(shí)演化，兩者誰(shuí)也不會(huì)單獨(dú)主導(dǎo)早期宇宙中星體的快速誕生。 在此次觀測(cè)中，天文學(xué)家們還在處于星系中心的“SDSSpJ306”黑洞的周?chē)l(fā)現(xiàn)了許多新生星體，而且更多的星體正在形成之中。該發(fā)現(xiàn)給新出現(xiàn)的星系形成演化理論提供了重要的直接證據(jù)。
科學(xué)家們認(rèn)為，黑洞是有質(zhì)量的。黑洞一般被旋轉(zhuǎn)的熱氣體圓盤(pán)所包圍，這些熱氣體在以螺旋運(yùn)動(dòng)逐漸被黑洞吸收時(shí)會(huì)發(fā)出大量的電磁輻射。黑洞附近發(fā)光的氫原子譜線(xiàn)寬度與旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。旋轉(zhuǎn)速度越快，氫原子發(fā)出的譜線(xiàn)越寬，說(shuō)明黑洞的質(zhì)量越大。通過(guò)對(duì)氫原子譜線(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，“SDSSpJ306”黑洞有10億個(gè)太陽(yáng)重，所產(chǎn)生的能量更是太陽(yáng)的20萬(wàn)億倍。這個(gè)黑洞如此之大，以致它的引力作用范圍大小與銀河系相當(dāng)。在這個(gè)黑洞吞噬星團(tuán)的同時(shí)，還將一些熱氣體以射流形式噴還給宇宙，形成了兩個(gè)巨大洞穴，每個(gè)洞穴的直徑大約為65萬(wàn)光年。黑洞再次噴發(fā)出來(lái)的氣體質(zhì)量，相當(dāng)于1萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這種噴射已經(jīng)持續(xù)了1億年之久。
黑洞有大有小。超巨黑洞的質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億倍。小黑洞的質(zhì)量與太陽(yáng)基本處于一個(gè)數(shù)量級(jí)，主要由質(zhì)量相當(dāng)于太陽(yáng)10倍左右的恒星發(fā)生超新星爆炸形成。超巨黑洞位于星系中心，據(jù)推測(cè)每個(gè)星系都有，質(zhì)量一般約為星系總質(zhì)量的0.5%。2002年10月，歐洲科學(xué)家宣布了銀河系中心存在超巨黑洞的最佳證據(jù)。他們說(shuō)，過(guò)去20年中，科學(xué)家們一直在觀測(cè)銀河系中心一些星體的活動(dòng)情況，尤其對(duì)一顆名為S2的星體的運(yùn)行軌道進(jìn)行了跟蹤研究，最終得出結(jié)論：S2附近確實(shí)存在一個(gè)巨型黑洞。質(zhì)量是太陽(yáng)7倍的S2，以每小時(shí)1.8億公里的高速每15.2年繞銀河系中心一周。之所以如此高速，是因?yàn)樗車(chē)嬖诤诙矗昂ε隆北缓诙础巴淌伞薄＝?jīng)過(guò)計(jì)算，這一黑洞距地球2.6萬(wàn)光年，質(zhì)量是太陽(yáng)的370萬(wàn)倍。 銀河系中心黑洞每年“食量”不足地球質(zhì)量的1%。黑洞“食量”是根據(jù)它吞噬“食物”時(shí)發(fā)出X射線(xiàn)的強(qiáng)弱程度計(jì)算出來(lái)的。科學(xué)家還提出，如果黑洞獲得了源源不斷的“食物供給”，就可能從相對(duì)安靜的狀態(tài)中“醒來(lái)”，處于活躍狀態(tài)中。
2.黑洞的種類(lèi)
按組成來(lái)劃分，黑洞可以分為兩大類(lèi)。一是暗能量黑洞，二是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋轉(zhuǎn)的巨大的暗能量組成，它內(nèi)部沒(méi)有巨大的質(zhì)量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)部產(chǎn)生巨大的負(fù)壓以吞噬物體，從而形成黑洞。暗能量黑洞是星系形成的基礎(chǔ)，也是星團(tuán)、星系團(tuán)形成的基礎(chǔ)。物理黑洞由一顆或多顆天體坍縮形成，具有巨大的質(zhì)量。當(dāng)一個(gè)物理黑洞的質(zhì)量等于或大于一個(gè)星系的質(zhì)量時(shí)，我們稱(chēng)之為奇點(diǎn)黑洞。暗能量黑洞的體積很大，可以有太陽(yáng)系那般大。但物理黑洞的體積卻非常小，它可以縮小到一個(gè)奇點(diǎn)。
3.暗能量黑洞的形成
根據(jù)科學(xué)家們的推算，宇宙大爆炸大約發(fā)生在137億年以前。宇宙大爆炸之后，就形成了宇宙。它由兩部分組成。一是由暗能量組成的世界，稱(chēng)之為黑暗世界；二是物質(zhì)組成的世界，稱(chēng)之為物質(zhì)世界。黑暗世界以旋渦場(chǎng)的形式存在，整個(gè)宇宙空間都被各種不同大小的旋渦場(chǎng)所充滿(mǎn)。而物質(zhì)世界則主要是以宇宙塵埃的形式存在,它們不均勻分布在各個(gè)旋渦場(chǎng)之中。在一個(gè)如星系般大小的旋渦場(chǎng)中，以Ep來(lái)表示宇宙塵埃繞它的旋渦中心運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能。該旋渦場(chǎng)內(nèi)的暗能量則分為兩部分。一部分為旋渦中心的暗能量，以En1來(lái)表示。另一部分為旋渦中心之外的暗能量，用En2來(lái)表示。以En來(lái)表示星系的總暗能量，則有En=En1+En2。宇宙塵埃的運(yùn)動(dòng)是由暗能量來(lái)推動(dòng)的。當(dāng)En=Ep時(shí)，暗能量將全部轉(zhuǎn)化為宇宙塵埃運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。在這種情況下，旋渦場(chǎng)處于一種平衡狀態(tài)，它既不收縮，也不膨脹。
下面分幾種情況進(jìn)行討論。
(1).恒星的形成
當(dāng)旋渦場(chǎng)內(nèi)的宇宙塵埃很多時(shí)，Ep值比En大很多,即暗能量的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷太重。在旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)角速度不變的情況下，我們可以得到宇宙塵埃繞旋渦中心運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能公式，如下所示：
Ep=MpVp2/2=Mp(ωR)2/2…………（6）
上式中，Vp為宇宙塵埃繞旋渦中心運(yùn)動(dòng)的平均速度，Mp為旋渦場(chǎng)中宇宙塵埃的總質(zhì)量，ω為旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)角速度，R為宇宙塵埃到旋渦中心的平均距離。根據(jù)這條公式，當(dāng)宇宙塵埃向旋渦中心靠近時(shí)，Ep值就會(huì)減少。當(dāng)Ep值比En大很多時(shí)，旋渦場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)荷太重。在這種情況下，旋渦場(chǎng)必定收縮，宇宙塵埃必定向旋渦中心靠近，最后沉積到旋渦中心處變成沉積物。隨著時(shí)間的推移，旋渦中心處的沉積物越來(lái)越多，最后變成了一顆恒星。恒星形成之后，當(dāng)En=Ep時(shí)，其余的宇宙塵埃就再也不能沉積到旋渦中心。這些余下的宇宙塵埃就會(huì)在較小的旋渦場(chǎng)中形成圍繞恒星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)行星。
(2).星系的形成
當(dāng)旋渦場(chǎng)很大,宇宙塵埃很多,En值與Ep相差不多時(shí)，旋渦場(chǎng)就處于一種平衡狀態(tài)。在這種情況下，這些宇宙塵埃就無(wú)法靠近旋渦中心。這個(gè)大旋渦場(chǎng)中有無(wú)數(shù)個(gè)較小的旋渦場(chǎng)。象上述(1)所說(shuō)的那樣，每個(gè)小旋渦場(chǎng)形成一個(gè)恒星，無(wú)數(shù)個(gè)小旋渦場(chǎng)就會(huì)形成無(wú)數(shù)個(gè)恒星。這些小旋渦場(chǎng)都跟隨大旋渦場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，由此而形成星系。
(3).宇宙旋渦的形成
當(dāng)旋渦場(chǎng)內(nèi)沒(méi)有宇宙塵埃,即Ep=0時(shí),旋渦場(chǎng)會(huì)不斷地膨脹。當(dāng)旋渦場(chǎng)內(nèi)的宇宙塵埃很少時(shí)，它的總動(dòng)能與暗能量相差太遠(yuǎn)，不足以阻止旋渦場(chǎng)的膨脹，結(jié)果，它會(huì)被旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)離心力拋出場(chǎng)外。到最后，旋渦場(chǎng)內(nèi)將不存在任何宇宙塵埃。內(nèi)部沒(méi)有宇宙塵埃的旋渦場(chǎng)，它的旋轉(zhuǎn)角速度是均勻的。旋渦場(chǎng)在離心力的作用下不斷膨脹，它邊緣的暗能量的運(yùn)動(dòng)速度也在不斷增加。但當(dāng)它的周?chē)加写笮∨c它相差不多的旋渦場(chǎng)時(shí)，它的膨脹就會(huì)受阻。在這種情況下，旋渦場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的角速度以及暗能量運(yùn)動(dòng)的速度就相對(duì)穩(wěn)定了下來(lái)，由此而形成一個(gè)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)的宇宙旋渦。當(dāng)星體順著這種宇宙旋渦的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)入時(shí)，它就會(huì)被旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)之力彎轉(zhuǎn)1800。接著，旋渦場(chǎng)用離心力推動(dòng)它按原路返回。離開(kāi)太陽(yáng)系很遠(yuǎn)的慧星之所以能夠返回太陽(yáng)附近，所依賴(lài)的就是這種宇宙旋渦的力量。
(4).旋渦場(chǎng)的分類(lèi)
我們把宇宙旋渦場(chǎng)按大小分為如下八種：
U旋渦場(chǎng)：又叫宇宙旋渦場(chǎng)，它的范圍包括整個(gè)宇宙。
S旋渦場(chǎng)：又叫星糸團(tuán)旋渦場(chǎng)，它的范圍包括整個(gè)星糸團(tuán)。
A旋渦場(chǎng)：又叫叫星系旋渦場(chǎng)，它的范圍包括整個(gè)星系。
B旋渦場(chǎng)：又叫星團(tuán)旋渦場(chǎng)，它的范圍包括整個(gè)星團(tuán)。
C旋渦場(chǎng)：又叫恒星旋渦場(chǎng)，它的范圍被局限于恒星周?chē)ㄋ行行堑倪\(yùn)行軌道。
D旋渦場(chǎng)：又叫行星旋渦場(chǎng)，它的范圍被局限于行星周?chē)ㄋ行l(wèi)星的運(yùn)行軌道。
E旋渦場(chǎng)：又叫衛(wèi)星旋渦場(chǎng)，它的范圍被局限于衛(wèi)星周?chē)?br />F旋渦場(chǎng)：比E類(lèi)旋渦場(chǎng)小的旋渦場(chǎng)。
(5).星系黑洞的形成
在每個(gè)星系的中心都有一個(gè)旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為星系旋渦中心。根據(jù)上述星系的形成原理，在它剛形成的時(shí)候，星系旋渦中心是沒(méi)有宇宙塵埃的。在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，它自然會(huì)向外膨脹。但在它的周?chē)紳M(mǎn)了很多大小與它相當(dāng)?shù)男郎u場(chǎng)，所以，它的膨脹受阻。各種旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)離心力在旋渦場(chǎng)邊緣互相對(duì)抗，不斷地進(jìn)行對(duì)比和較量。經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間之后，它們的對(duì)抗之力達(dá)到一種相對(duì)平衡狀態(tài)。最后，星系旋渦中心的范圍就被固定了下來(lái)。
由于星系旋渦中心是星系旋渦場(chǎng)的動(dòng)力中心，所以，它內(nèi)部貯藏的暗能量在星系中是最強(qiáng)大的。在強(qiáng)大暗能量的推動(dòng)下，星系旋渦中心的旋轉(zhuǎn)速度越來(lái)越快，暗能量在強(qiáng)大離心力的作用下不斷地向旋渦中心的邊緣集中，星系旋渦中心的中部地帶的暗能量不斷地被抽走，越來(lái)越少。最后，星系旋渦中心的內(nèi)部就變成了一種真空狀態(tài)，至此，它的旋轉(zhuǎn)速度才能穩(wěn)定下來(lái)。而星系旋渦中心的邊緣就形成了一個(gè)由高速旋轉(zhuǎn)的暗能量組成的圓盤(pán)，它把星系旋渦中心緊緊地包圍了起來(lái)。這個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)帶動(dòng)周?chē)臍怏w運(yùn)動(dòng)，使之發(fā)生激烈磨擦而發(fā)熱，由此而變成了一個(gè)熱氣體圓盤(pán)。這個(gè)內(nèi)部成為真空狀態(tài)的星系旋渦中心就是一個(gè)暗能量黑洞，稱(chēng)之為星系黑洞。
星系黑洞被一個(gè)熱氣體圓盤(pán)所包圍。這個(gè)圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度有多大呢？在星系黑洞的形成過(guò)程中，它內(nèi)部是沒(méi)有質(zhì)量的，即在旋渦中心內(nèi)部不存在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。所以，它的虛擬質(zhì)量為零。根據(jù)暗能量的動(dòng)能公式En=MnVn2/2，當(dāng)虛擬質(zhì)量Mn=0時(shí)，圓盤(pán)中暗能量的速度Vn將達(dá)到無(wú)窮大。但實(shí)際上，宇宙黑洞會(huì)吸入物質(zhì)，所以，圓盤(pán)的速度不可能達(dá)到無(wú)限大。將光子的性質(zhì)與這個(gè)圓盤(pán)進(jìn)行比較，兩者的質(zhì)量都接近零。由此類(lèi)推，這個(gè)熱氣體圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該接近光速。
由于星系黑洞是A旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，所以我們又稱(chēng)之為A黑洞。
(6).星團(tuán)黑洞
在星系中有很多B旋渦場(chǎng)。當(dāng)B旋渦場(chǎng)內(nèi)有很多宇宙塵埃，En值與Ep相差不多時(shí)，B旋渦場(chǎng)就處于一種平衡狀態(tài)。在這種情況下，這些宇宙塵埃就無(wú)法靠近旋渦中心。B旋渦場(chǎng)內(nèi)也有很多C旋渦場(chǎng)。象上述(1)所說(shuō)的那樣，每個(gè)C旋渦場(chǎng)形成一個(gè)恒星，很多C旋渦場(chǎng)就會(huì)形成很多恒星。這些恒星圍繞B旋渦場(chǎng)的中心旋轉(zhuǎn)，由此而形成一個(gè)星團(tuán)。
在每個(gè)星團(tuán)的中心都有一個(gè)旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為星團(tuán)旋渦中心。很顯然，星團(tuán)旋渦中心內(nèi)部是沒(méi)有宇宙塵埃的。最后，它也象星系旋渦中心一樣發(fā)展為一個(gè)暗能量黑洞，稱(chēng)之為星團(tuán)黑洞。很顯然，星團(tuán)黑洞比星系黑洞小很多。星團(tuán)黑洞的形成過(guò)程請(qǐng)參看第(5)部分內(nèi)容。
由于星團(tuán)黑洞是B旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，所以我們又稱(chēng)之B黑洞。
(7).星系團(tuán)黑洞
宇宙中有很多S旋渦場(chǎng)。當(dāng)S旋渦場(chǎng)內(nèi)聚集到很多星系時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)星系團(tuán)。產(chǎn)生星系團(tuán)的條件是：星系繞星系團(tuán)中心旋轉(zhuǎn)的總動(dòng)能約等于S類(lèi)旋渦場(chǎng)的暗能量。在每個(gè)星系團(tuán)的中心有一個(gè)旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為星系團(tuán)旋渦中心。最后，它也象星系旋渦中心一樣發(fā)展為一個(gè)暗能量黑洞，稱(chēng)之為星系團(tuán)黑洞。由于它是S旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，所以，又稱(chēng)之為S黑洞。星系團(tuán)黑洞的形成過(guò)程請(qǐng)參看第(5)部分內(nèi)容。
(8).宇宙中心黑洞
宇宙是一個(gè)大旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為U旋渦場(chǎng)。它的范圍包括整個(gè)宇宙。所以，U旋渦場(chǎng)的中心就是宇宙的中心。在宇宙的中心有一個(gè)旋渦場(chǎng)，稱(chēng)之為宇宙中心旋渦場(chǎng)。最后，它也象星系旋渦中心一樣發(fā)展為一個(gè)暗能量黑洞，稱(chēng)之為宇宙中心黑洞。由于它是U旋渦場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，所以又稱(chēng)之為U黑洞。宇宙中心黑洞的形成過(guò)程請(qǐng)參看第(5)部分內(nèi)容。
綜上所述，暗能量黑洞分為四種類(lèi)型，從大到小排列如下：U黑洞、S黑洞、A黑洞和B黑洞。U黑洞是宇宙中最大的黑洞，而且它是宇宙的旋轉(zhuǎn)中心。
4.黑洞引力公式
根據(jù)上述理論，暗能量黑洞由如下兩部分組成：一是熱氣體圓盤(pán)，二是被熱氣體圓盤(pán)所包圍的宇宙真空。很顯然，在熱氣體圓盤(pán)的內(nèi)部和外部之間形成了一種壓強(qiáng)差，它內(nèi)部的壓強(qiáng)比它外部低很多。我們用P1和P2分別來(lái)表示熱氣體圓盤(pán)的外部壓強(qiáng)和內(nèi)部壓強(qiáng)，用P來(lái)表示它們的正壓強(qiáng)差，則P=P1-P2。很顯然，正壓強(qiáng)的方向是從熱氣體圓盤(pán)的外部指向它的內(nèi)部的。用V來(lái)表示熱氣體圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度，用En1來(lái)表示它的暗能量。用L來(lái)表示黑洞的體積。則，我們可以得到如下公式：
P=KEn1V/L …………（7）
公式(7)中，K為一個(gè)比例系數(shù)，稱(chēng)之為暗能量黑洞的引力常數(shù)。公式(7)的意思是：黑洞內(nèi)外的正壓強(qiáng)差與黑洞內(nèi)的暗能量和黑洞圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度的乘積成正比，與黑洞的體積成反比。
當(dāng)一個(gè)物體接觸熱氣體圓盤(pán)時(shí)，兩者之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)接觸面積，用S來(lái)表示。我們用F來(lái)表示黑洞對(duì)該物質(zhì)的吸引力，則可得到如下公式：
F=PS=KSEn1V/L …………（8）
公式(8)就是黑洞對(duì)物體的引力公式。很顯然，黑洞對(duì)物體的引力與物體的質(zhì)量大小無(wú)關(guān)。對(duì)于巨大黑洞來(lái)說(shuō)，它的暗能量非常強(qiáng)大，它的旋轉(zhuǎn)速度接近光速。所以，這種黑洞的引力非常巨大。
黑洞吸引物體是有一個(gè)過(guò)程的。當(dāng)物體在黑洞的周?chē)唇佑|黑洞的熱氣體圓盤(pán)時(shí)，物體被黑洞吸引的受力面積S=0，則黑洞對(duì)物體的引力F=0。它意味著，黑洞外部的物體運(yùn)動(dòng)與黑洞的引力無(wú)關(guān)。星系中所有的恒星都繞黑洞運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)楹诙词切窍敌郎u場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)中心，而不是因?yàn)槭艿胶诙匆Φ淖饔谩?br />
當(dāng)物體接觸熱氣體圓盤(pán)時(shí)，它就會(huì)受到黑洞的引力。但剛接觸時(shí)的引力很小，而圓盤(pán)周?chē)臍饬魉俣葏s非常大。在這種情況下，物體必然被圓盤(pán)氣流帶動(dòng)，并跟隨氣流而去。隨著物體與圓盤(pán)的接觸面增大，黑洞對(duì)物體的引力也在增大。當(dāng)黑洞對(duì)物體的引力比物體繞黑洞運(yùn)動(dòng)的離心力大時(shí)，它就會(huì)被吸入黑洞之中。這種情況表明，雖然黑洞的引力與物體的質(zhì)量無(wú)關(guān)，但物體被黑洞引力吸入洞內(nèi)的過(guò)程卻與物體的質(zhì)量有關(guān)。
在物體進(jìn)入黑洞之后，該物體就會(huì)被黑洞內(nèi)部的壓強(qiáng)所包圍。物體內(nèi)部的壓強(qiáng)與它在黑洞外部時(shí)的壓強(qiáng)相等。所以，在物體的內(nèi)部和外部之間就形成了一種壓強(qiáng)差，根據(jù)公式(7)就可以求出它的值。正壓強(qiáng)差的方向是從物體內(nèi)部指向外部的，受力面積包括物體的全部表面。結(jié)果，物體的整個(gè)表面同時(shí)受到強(qiáng)橫無(wú)比的拉力，在剎那之間它就會(huì)被這種強(qiáng)大的拉力撕得粉碎，最后變成了氣態(tài)狀。
當(dāng)光子進(jìn)入黑洞時(shí)，它也會(huì)被黑洞的引力所包圍。光子內(nèi)部的壓強(qiáng)與它進(jìn)入黑洞之前是一樣。所以，在光子的內(nèi)部和外部之間就會(huì)形成強(qiáng)橫無(wú)比的壓強(qiáng)差。結(jié)果，象上面所敘述的一樣，在光子進(jìn)入黑洞的剎那之間就會(huì)被黑洞的引力撕得粉碎。所以，在光子進(jìn)入黑洞后，它是無(wú)法從黑洞中逃出來(lái)的。
結(jié)論：包括光子在內(nèi)的任何物體，它們進(jìn)入暗能量黑洞之后都會(huì)在剎那之間爆炸開(kāi)來(lái)，變成氣態(tài)狀。
“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來(lái)。
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(xiàn)射出。而恒星的半徑越小，它對(duì)周?chē)臅r(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，等一會(huì)兒我們會(huì)講到。
那么，黑洞是怎樣形成的呢？其實(shí)，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來(lái)的。
我們?cè)?jīng)比較詳細(xì)地介紹了白矮星和中子星形成的過(guò)程。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。
質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽(yáng)的質(zhì)量。如果超過(guò)了這個(gè)值，那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。
這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個(gè)體積趨于零、密度趨向無(wú)限大的“點(diǎn)”。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無(wú)法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。
與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無(wú)法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來(lái)的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線(xiàn)傳播的。這是一個(gè)最基本的常識(shí)。可是根據(jù)廣義相對(duì)論，空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線(xiàn)，而是曲線(xiàn)。形象地講，好像光本來(lái)是要走直線(xiàn)的，只不過(guò)強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來(lái)的方向。
在地球上，由于引力場(chǎng)作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周?chē)臻g的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線(xiàn)會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見(jiàn)這顆恒星的“臉”，還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背！
“黑洞”無(wú)疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說(shuō)之一。許多科學(xué)家正在為揭開(kāi)它的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。不過(guò)，這些當(dāng)代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言?xún)烧Z(yǔ)能說(shuō)清楚的。有興趣的朋友可以去參考專(zhuān)門(mén)的論著。
什么是黑洞 黑洞為什么會(huì)出現(xiàn) 真有黑洞嗎?
黑洞是一個(gè)時(shí)空的黑暗區(qū),由一些質(zhì)量頗大的星體經(jīng)重力塌縮后,所剩余的東西就成了黑洞。它的基本特徵是有一個(gè)封閉的視界,這視界就是黑洞的邊界,一切外來(lái)的物質(zhì)和輻射可以進(jìn)入這視界以?xún)?nèi),但視界內(nèi)任何物質(zhì)都不能從里面跑出來(lái)。我們可用一句”有入無(wú)出”來(lái)形容它。 黑洞產(chǎn)生之謎? 當(dāng)一顆質(zhì)量相當(dāng)大的星體之核能耗盡...
什么叫黑洞 黑洞是怎么被發(fā)現(xiàn)的
1、黑洞（英文：Black Hole）是現(xiàn)代廣義相對(duì)論中，存在于宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強(qiáng)大，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。故而，“黑洞是時(shí)空曲率大到光都無(wú)法從其事件視界逃脫的天體”。2、1916年，德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過(guò)計(jì)算得到了愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程的一個(gè)真空解，這個(gè)解表明，如果一個(gè)...
什么是黑洞,黑洞是怎么形成的?
黑洞是一個(gè)時(shí)空的區(qū)域，它會(huì)表現(xiàn)出非常強(qiáng)烈的引力效應(yīng)，以至于任何粒子和電磁輻射，例如光子，都無(wú)法從黑洞內(nèi)部逃逸出來(lái)。廣義相對(duì)論理論預(yù)言，足夠致密的質(zhì)量能夠使時(shí)空彎曲，從而形成不可能逃脫的區(qū)域邊界，這被稱(chēng)為事件視界。簡(jiǎn)單的說(shuō)，這里是信息的終點(diǎn)，你無(wú)法將信息傳達(dá)出去。目前還沒(méi)有直接觀測(cè)到黑洞的...
黑洞是什么?黑洞的詳細(xì)資料
1. 黑洞是什么？黑洞是一個(gè)時(shí)空的黑暗區(qū)，由一些質(zhì)量頗大的星體經(jīng)重力塌縮后所剩馀的東西，是一個(gè)重力極大的天體。視界內(nèi)任何物質(zhì)都不能從里面跑來(lái)，甚至是光都不例外，所以是一顆渿黑的天體，因而得名為黑洞。2. 黑洞的形成？當(dāng)一顆質(zhì)量相當(dāng)大的星體的核能耗盡后（巨大的恒星：質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的八...
網(wǎng)絡(luò)詞黑洞是什么意思
網(wǎng)絡(luò)詞黑洞的意思是：表示對(duì)某些事物或話(huà)題無(wú)法解釋、無(wú)法理解或無(wú)法探究清楚的狀態(tài)。詳細(xì)解釋如下：黑洞的含義 在網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)境中，"黑洞"這個(gè)詞常常用來(lái)形容某種信息或者話(huà)題的深?yuàn)W、復(fù)雜或者神秘。當(dāng)某個(gè)話(huà)題或者事物難以理解、難以解釋或者存在太多未知時(shí)，人們就會(huì)用“黑洞”來(lái)形容。這種用法形象地表達(dá)了對(duì)于...
黑洞是啥
黑洞是什么意思 黑洞就是中心的一個(gè)密度無(wú)限大、時(shí)空曲率無(wú)限高、體積無(wú)限小,熱量無(wú)限大的奇點(diǎn)和周?chē)徊糠挚湛杖缫驳奶靺^(qū),這個(gè)天區(qū)范圍之內(nèi)不可見(jiàn)。 黑洞是現(xiàn)代廣義相對(duì)論中,宇宙空間內(nèi)存在的一種天體。黑洞的引力很大,使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。 1916年,德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過(guò)計(jì)算得到了愛(ài)因斯坦引力...
什么是黑洞?
黑洞是宇宙中的一種極端天體，它們的密度無(wú)限大，因此被稱(chēng)為“黑洞”。這些天體形成于巨大恒星耗盡其核燃料并發(fā)生引力坍縮后。黑洞強(qiáng)大的引力場(chǎng)使得任何接近它的物質(zhì)都無(wú)法逃脫。關(guān)于黑洞的新聞通常涉及恒星被吞噬或光線(xiàn)被吸收，這實(shí)際上是指物體落入了黑洞的“事件視界”，之后便被黑洞的強(qiáng)大磁場(chǎng)捕獲。我們...
我們常說(shuō)的黑洞到底是什么東西?黑洞有什么作用?
黑洞是宇宙中一種極為神秘的天體，它的存在已經(jīng)得到了廣泛的科學(xué)證實(shí)。黑洞之所以被稱(chēng)為“黑洞”，是因?yàn)樗軌蛭账羞M(jìn)入其引力范圍內(nèi)的物質(zhì)和輻射，包括光線(xiàn)，因此不反射任何光線(xiàn)，如同一個(gè)黑色的洞穴。黑洞的形成通常與恒星的死亡有關(guān)：當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星耗盡其核燃料后，它可能會(huì)發(fā)生坍縮，形成一個(gè)...
黑洞是什么意思 什么是黑洞
1、黑洞是恒星演化至最終階段的產(chǎn)物。它們由中子星進(jìn)一步坍縮形成，擁有極強(qiáng)的引力場(chǎng)，以至于其發(fā)射的任何電磁波都無(wú)法逃逸至外界，因此成為了一種無(wú)法直接觀測(cè)的孤立天體。我們只能通過(guò)其引力對(duì)周?chē)h(huán)境的影響來(lái)推斷黑洞的存在，故名黑洞。2、根據(jù)黑洞自身的物理屬性——質(zhì)量、角動(dòng)量和電荷——黑洞可以被劃...
黑洞是什么黑洞概念簡(jiǎn)述
1、黑洞是根據(jù)現(xiàn)代廣義相對(duì)論理論，宇宙中存在的一種神秘天體。黑洞的引力非常強(qiáng)大，以至于連光速都無(wú)法在其事件視界內(nèi)逃脫。因此，黑洞被定義為一種時(shí)空曲率如此之大，連光線(xiàn)也無(wú)法逃逸的天體。2、1916年，德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過(guò)解愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程，獲得了一個(gè)真空解。這個(gè)解描述了一個(gè)奇特的現(xiàn)象：...
相關(guān)評(píng)說(shuō)：
蝶山區(qū)力平： ______ “黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”,其實(shí)不然.所謂“黑洞”,就是這樣一種天體:它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng),就連光也不能逃脫出來(lái). 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...
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng),這種引力大到任何東西,甚至連光,都難逃黑洞的手掌心.黑洞不讓任何其邊界以?xún)?nèi)的任何事物被外界看見(jiàn),這就是這種物體被稱(chēng)為“黑洞”的緣故.我們無(wú)法通過(guò)光的反射來(lái)觀察它,只能通過(guò)受其影響的周?chē)矬w...
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞,天文學(xué)名詞.所謂“黑洞”,是引力場(chǎng)很強(qiáng)的一種天體,就連光也不能逃脫出來(lái).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.由于黑洞中的光無(wú)法逃逸,所以我們無(wú)法直接觀測(cè)到黑洞.然而,可以通過(guò)測(cè)量它對(duì)周?chē)祗w的作用和影響來(lái)間接觀測(cè)或推測(cè)到它的存在.黑洞引申義為無(wú)法擺脫的境遇.
蝶山區(qū)力平： ______ “黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”,其實(shí)不然.所謂“黑洞”,就是這樣一種天體:它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng),就連光也不能逃脫出來(lái). 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...
蝶山區(qū)力平： ______[答案] 黑洞是一種引力極強(qiáng)的天體,就連光也不能逃脫.當(dāng)恒星的史瓦西半徑小到一定程度時(shí),就連垂直表面發(fā)射的光都無(wú)法逃逸了.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.由于黑洞中...
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng),這種引力大到任何東西,甚至連光,都難逃黑洞的手掌心.黑洞不讓任何其邊界以?xún)?nèi)的任何事物被外界看見(jiàn),這就是這種物體被稱(chēng)為“黑洞”的緣故.我們無(wú)法通過(guò)光的反射來(lái)觀察它,只能通過(guò)受其影響的周?chē)矬w來(lái)間接了解黑洞.據(jù)猜測(cè),黑洞是死亡恒星或爆炸氣團(tuán)的剩余物,是在特殊的大質(zhì)量超巨星坍塌收縮時(shí)產(chǎn)生的.
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞是一個(gè)時(shí)空的黑暗區(qū),由一些質(zhì)量頗大的星體經(jīng)重力塌縮后,所剩余的東西就成了黑洞.它的基本特徵是有一個(gè)封閉的視界,這視界就是黑洞的邊界,一切外來(lái)的物質(zhì)和輻射可以進(jìn)入這視界以?xún)?nèi),但視界內(nèi)任何物質(zhì)都不能從里面跑出來(lái)....
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞,天文學(xué)名詞.所謂“黑洞”,是引力場(chǎng)很強(qiáng)的一種天體,就連光也不能逃脫出來(lái).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.由于黑洞中的光無(wú)法逃逸,所以我們無(wú)法直接觀測(cè)到黑洞
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞是宇宙空間內(nèi)存在的一種天體,1916年,德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過(guò)計(jì)算得到了愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的一個(gè)真空解,這個(gè)解表明,如果將大量物質(zhì)集中于空間一點(diǎn)...
蝶山區(qū)力平： ______ 黑洞是一種密度無(wú)窮大溫度無(wú)限高的神秘物質(zhì)
