什么是黑洞

本文可作《宇宙的未来》一课参考资料

究竟什(shen)么是(shi)黑洞(dong)(dong)?黑洞(dong)(dong)是(shi)由具有(you)(you)极大(da)质(zhi)量的(de)(de)(de)超巨星在(zai)塌(ta)陷(xian)时所形成的(de)(de)(de)，恒星的(de)(de)(de)核心(xin)在(zai)本身重量的(de)(de)(de)影响下(xia)非常快速的(de)(de)(de)收缩，并释放(fang)出强劲的(de)(de)(de)暴发能量，如果核心(xin)物质(zhi)大(da)得使塌(ta)陷(xian)无限地(di)继续下(xia)去，便产生(sheng)了(le)黑洞(dong)(dong)，在(zai)重力(li)巨大(da)的(de)(de)(de)挤压(ya)下(xia)，所留下(xia)的(de)(de)(de)物质(zhi)有(you)(you)难以想像的(de)(de)(de)高密(mi)度(du)。由于黑洞(dong)(dong)的(de)(de)(de)质(zhi)量非常大(da)，使得它(ta)(ta)们具有(you)(you)强大(da)的(de)(de)(de)重力(li)场(chang)，这(zhei)些力(li)量大(da)的(de)(de)(de)连光线也(ye)无法逃出它(ta)(ta)的(de)(de)(de)手掌心(xin)，这(zhei)也(ye)就(jiu)是(shi)为什(shen)么它(ta)(ta)要叫(jiao)做(zuo)黑洞(dong)(dong)的(de)(de)(de)原(yuan)因了(le)，在(zai)它(ta)(ta)的(de)(de)(de)边界內(nei)你看(kan)不到任何东西。  

“黑洞”，顾名思(si)义就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)一(yi)(yi)个漆黑的(de)(de)(de)洞。因其引力(li)过强，以至于连自己(ji)发出(chu)(chu)的(de)(de)(de)光(guang)线(xian)都(dou)无(wu)(wu)法(fa)由其中(zhong)逃脫而出(chu)(chu)。就(jiu)(jiu)连光(guang)线(xian)由外射(she)(she)入 ，也像射(she)(she)入无(wu)(wu)底洞。然而大(da)质量塌缩(suo)(suo)的(de)(de)(de)恒(heng)星是(shi)(shi)如何(he)(he)到(dao)(dao)达此(ci)情境的(de)(de)(de)呢(ni)?试想一(yi)(yi)物(wu)体(ti)于一(yi)(yi)塌缩(suo)(suo)星的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)，随著恒(heng)星塌落(luo)而凝缩(suo)(suo)，不(bu)停的(de)(de)(de)靠向中(zhong)心，重力(li)愈(yu)来(lai)愈(yu)强。(天体(ti)的(de)(de)(de)重力(li)离(li)中(zhong)心愈(yu)近愈(yu)大(da))而恒(heng)星愈(yu)收缩(suo)(suo)，要离(li)开它的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)速度要求愈(yu)大(da)。当(dang)恒(heng)星塌缩(suo)(suo)到(dao)(dao)到(dao)(dao)光(guang)速时(shi)(shi)，已几(ji)乎无(wu)(wu)任何(he)(he)物(wu)体(ti)可(ke)逃脫而出(chu)(chu)。而塌缩(suo)(suo)到(dao)(dao)光(guang)速都(dou)无(wu)(wu)法(fa)逃出(chu)(chu)时(shi)(shi)，任何(he)(he)物(wu)体(ti)都(dou)不(bu)可(ke)能再从黑洞中(zhong)出(chu)(chu)来(lai)。当(dang)恒(heng)星塌缩(suo)(suo)到(dao)(dao)此(ci)一(yi)(yi)境界时(shi)(shi)，这时(shi)(shi)黑洞所呈现(xian)的(de)(de)(de)半径(jing)就(jiu)(jiu)称(cheng)为(wei)「史(shi)(shi)瓦西半径(jing)」。假设地球也做如此(ci)的(de)(de)(de)塌缩(suo)(suo)，那此(ci)时(shi)(shi)地球的(de)(de)(de)史(shi)(shi)瓦西半径(jing)就(jiu)(jiu)为(wei)一(yi)(yi)厘米(mi)宽。但(dan)恒(heng)星并非一(yi)(yi)定凝缩(suo)(suo)到(dao)(dao)此(ci)程度才形成(cheng)不(bu)可(ke)逃脫的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)。质量愈(yu)大(da)，其史(shi)(shi)瓦西半径(jing)內的(de)(de)(de)物(wu)质密(mi)(mi)度愈(yu)小。如质量是(shi)(shi)太(tai)阳一(yi)(yi)亿倍的(de)(de)(de)，缩(suo)(suo)到(dao)(dao)水的(de)(de)(de)密(mi)(mi)度便达到(dao)(dao)史(shi)(shi)瓦西半径(jing)了。  

黑(hei)洞(dong)(dong)(dong)(dong)是(shi)一(yi)去(qu)不复返的(de)(de)深渊(yuan)，但(dan)在靠近黑(hei)洞(dong)(dong)(dong)(dong)时(shi)(shi)，由于(yu)时(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)的(de)(de)延(yan)滞(zhi)，会发(fa)生(sheng)许(xu)(xu)多奇妙的(de)(de)事(shi)。黑(hei)洞(dong)(dong)(dong)(dong)旅(lv)行者(zhe)穿越(yue)(yue)事(shi)界(jie)(jie)，按他的(de)(de)计时(shi)(shi)系(xi)统来說，只是(shi)很短的(de)(de)时(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)，但(dan)对远(yuan)方的(de)(de)观测者(zhe)来說，其结果却(que)是(shi)恰恰相反(fan)。他看(kan)见愈(yu)近事(shi)界(jie)(jie)，宇航员的(de)(de)身影(ying)愈(yu)薄，接(jie)近事(shi)界(jie)(jie)愈(yu)缓(huan)慢。火箭无限靠近事(shi)界(jie)(jie)，但(dan)总不能到达(da)。外界(jie)(jie)的(de)(de)人看(kan)事(shi)界(jie)(jie)亦为(wei)如(ru)此，也是(shi)越(yue)(yue)塌(ta)缩越(yue)(yue)缓(huan)慢，形(xing)状也越(yue)(yue)朦胧，塌(ta)缩星就像是(shi)渐(jian)渐(jian)凝住了(le)，所以(yi)以(yi)前把这现(xian)象叫做(zuo)「塌(ta)缩星凝止(zhi)」。凝止(zhi)的(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)就称为(wei)「凝止(zhi)界(jie)(jie)面(mian)」(Static limit)。而当塌(ta)缩接(jie)近事(shi)界(jie)(jie)时(shi)(shi)，星光迅速黯淡。对于(yu)是(shi)太阳(yang)质量十倍的(de)(de)星，就在凝止(zhi)那(nei)一(yi)剎那(nei)，在百万分(fen)之四秒(miao)內全部化(hua)为(wei)乌有。所以(yi)我们无从(cong)得知黑(hei)洞(dong)(dong)(dong)(dong)是(shi)如(ru)何形(xing)成的(de)(de)。然而黑(hei)洞(dong)(dong)(dong)(dong)周(zhou)围的(de)(de)时(shi)(shi)空(kong)弯曲的(de)(de)性质，对人的(de)(de)寿命有特殊(shu)影(ying)响。它周(zhou)围的(de)(de)时(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)进度缓(huan)慢，也许(xu)(xu)这可(ke)以(yi)做(zuo)为(wei)一(yi)种(zhong)变(bian)时(shi)(shi)机制，勇敢涉足于(yu)事(shi)界(jie)(jie)边(bian)缘(yuan)(yuan)也许(xu)(xu)可(ke)以(yi)不老不死。但(dan)在黑(hei)洞(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)边(bian)缘(yuan)(yuan)要求很大的(de)(de)加(jia)速度。愈(yu)靠近黑(hei)洞(dong)(dong)(dong)(dong)，要求的(de)(de)加(jia)速度越(yue)(yue)大，时(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)延(yan)滞(zhi)也越(yue)(yue)厉害。  

理论上，黑洞的质量并没有多大或多小的限制。任何大小的质量如果被压缩到足够高的密度，在理论上都有可能形成黑洞。我们认为大多数实际存在的黑洞是有大质量的恒星死亡后产生的，所以我们认为那些黑洞和那些大质量的恒星一样重。一个恒星级黑洞的典型质量差不多是太阳的十倍，或者说是10^(30)千克。天文学家们也认为许多星系的中心都有质量巨大的黑洞。它们的质量大约是太阳的一百万倍，或者说是10^(36)千克。