什么是黑洞

本文可作《宇宙的未来》一课参考资料

究竟什么是黑(hei)(hei)洞(dong)?黑(hei)(hei)洞(dong)是由具有极大质(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)超巨(ju)(ju)星在(zai)塌陷(xian)时所(suo)形成的(de)(de)(de)，恒星的(de)(de)(de)核心在(zai)本身重量(liang)的(de)(de)(de)影响下(xia)非常快速的(de)(de)(de)收缩，并释放出强劲的(de)(de)(de)暴发能量(liang)，如果核心物质(zhi)大得使塌陷(xian)无限地(di)继(ji)续下(xia)去，便产(chan)生(sheng)了黑(hei)(hei)洞(dong)，在(zai)重力(li)巨(ju)(ju)大的(de)(de)(de)挤(ji)压下(xia)，所(suo)留下(xia)的(de)(de)(de)物质(zhi)有难以想像的(de)(de)(de)高密度。由于黑(hei)(hei)洞(dong)的(de)(de)(de)质(zhi)量(liang)非常大，使得它们(men)具有强大的(de)(de)(de)重力(li)场，这些力(li)量(liang)大的(de)(de)(de)连(lian)光(guang)线也无法逃出它的(de)(de)(de)手(shou)掌心，这也就是为什么它要叫做(zuo)黑(hei)(hei)洞(dong)的(de)(de)(de)原(yuan)因了，在(zai)它的(de)(de)(de)边界(jie)內(nei)你看不到任何东西(xi)。  

“黑(hei)洞”，顾名(ming)思义就是(shi)(shi)一(yi)(yi)个漆黑(hei)的(de)(de)(de)洞。因(yin)其引力过强，以至于连自己发出(chu)(chu)的(de)(de)(de)光线(xian)都(dou)无(wu)(wu)法由(you)其中逃(tao)(tao)脫而(er)(er)出(chu)(chu)。就连光线(xian)由(you)外(wai)射入 ，也像射入无(wu)(wu)底洞。然而(er)(er)大(da)(da)质(zhi)量(liang)塌(ta)(ta)缩(suo)(suo)(suo)的(de)(de)(de)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)是(shi)(shi)如何到(dao)(dao)达此情境的(de)(de)(de)呢(ni)?试想一(yi)(yi)物(wu)(wu)(wu)体(ti)(ti)(ti)于一(yi)(yi)塌(ta)(ta)缩(suo)(suo)(suo)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)，随著恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)塌(ta)(ta)落而(er)(er)凝缩(suo)(suo)(suo)，不(bu)停的(de)(de)(de)靠(kao)向中心，重力愈(yu)来(lai)愈(yu)强。(天体(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)重力离(li)中心愈(yu)近愈(yu)大(da)(da))而(er)(er)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)愈(yu)收(shou)缩(suo)(suo)(suo)，要离(li)开它的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)速度要求愈(yu)大(da)(da)。当(dang)(dang)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)塌(ta)(ta)缩(suo)(suo)(suo)到(dao)(dao)到(dao)(dao)光速时(shi)，已几乎无(wu)(wu)任(ren)何物(wu)(wu)(wu)体(ti)(ti)(ti)可(ke)逃(tao)(tao)脫而(er)(er)出(chu)(chu)。而(er)(er)塌(ta)(ta)缩(suo)(suo)(suo)到(dao)(dao)光速都(dou)无(wu)(wu)法逃(tao)(tao)出(chu)(chu)时(shi)，任(ren)何物(wu)(wu)(wu)体(ti)(ti)(ti)都(dou)不(bu)可(ke)能再从黑(hei)洞中出(chu)(chu)来(lai)。当(dang)(dang)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)塌(ta)(ta)缩(suo)(suo)(suo)到(dao)(dao)此一(yi)(yi)境界时(shi)，这时(shi)黑(hei)洞所呈现的(de)(de)(de)半(ban)径(jing)(jing)就称为「史(shi)(shi)瓦西半(ban)径(jing)(jing)」。假设地球也做如此的(de)(de)(de)塌(ta)(ta)缩(suo)(suo)(suo)，那(nei)此时(shi)地球的(de)(de)(de)史(shi)(shi)瓦西半(ban)径(jing)(jing)就为一(yi)(yi)厘米(mi)宽。但恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)并非一(yi)(yi)定凝缩(suo)(suo)(suo)到(dao)(dao)此程度才形成不(bu)可(ke)逃(tao)(tao)脫的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)。质(zhi)量(liang)愈(yu)大(da)(da)，其史(shi)(shi)瓦西半(ban)径(jing)(jing)內(nei)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)质(zhi)密度愈(yu)小。如质(zhi)量(liang)是(shi)(shi)太阳一(yi)(yi)亿倍的(de)(de)(de)，缩(suo)(suo)(suo)到(dao)(dao)水的(de)(de)(de)密度便达到(dao)(dao)史(shi)(shi)瓦西半(ban)径(jing)(jing)了(le)。  

黑(hei)洞(dong)是一去不(bu)复返(fan)的(de)深渊，但(dan)在(zai)靠近(jin)(jin)黑(hei)洞(dong)时(shi)(shi)(shi)(shi)，由于时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)的(de)延(yan)滞，会发生许(xu)多奇妙的(de)事(shi)。黑(hei)洞(dong)旅行者穿越(yue)(yue)事(shi)界(jie)，按他的(de)计(ji)时(shi)(shi)(shi)(shi)系统来說，只是很(hen)短(duan)的(de)时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)，但(dan)对(dui)远方的(de)观(guan)测者来說，其结果却是恰(qia)恰(qia)相反。他看(kan)见愈近(jin)(jin)事(shi)界(jie)，宇航员的(de)身影愈薄(bo)，接近(jin)(jin)事(shi)界(jie)愈缓慢(man)。火箭无限靠近(jin)(jin)事(shi)界(jie)，但(dan)总(zong)不(bu)能到达。外界(jie)的(de)人看(kan)事(shi)界(jie)亦为(wei)如此，也(ye)(ye)是越(yue)(yue)塌缩越(yue)(yue)缓慢(man)，形(xing)状也(ye)(ye)越(yue)(yue)朦(meng)胧，塌缩星(xing)就像是渐渐凝住了，所以(yi)以(yi)前把这现(xian)象(xiang)叫做「塌缩星(xing)凝止」。凝止的(de)界(jie)面(mian)就称为(wei)「凝止界(jie)面(mian)」(Static limit)。而当塌缩接近(jin)(jin)事(shi)界(jie)时(shi)(shi)(shi)(shi)，星(xing)光迅速黯淡。对(dui)于是太阳质量十(shi)倍(bei)的(de)星(xing)，就在(zai)凝止那(nei)一剎那(nei)，在(zai)百万分之四秒內全部化(hua)为(wei)乌有。所以(yi)我们无从得知(zhi)黑(hei)洞(dong)是如何(he)形(xing)成的(de)。然而黑(hei)洞(dong)周(zhou)围(wei)(wei)的(de)时(shi)(shi)(shi)(shi)空弯(wan)曲的(de)性(xing)质，对(dui)人的(de)寿命(ming)有特殊影响。它周(zhou)围(wei)(wei)的(de)时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)进度缓慢(man)，也(ye)(ye)许(xu)这可(ke)(ke)以(yi)做为(wei)一种变时(shi)(shi)(shi)(shi)机制，勇敢涉足于事(shi)界(jie)边缘也(ye)(ye)许(xu)可(ke)(ke)以(yi)不(bu)老不(bu)死。但(dan)在(zai)黑(hei)洞(dong)的(de)边缘要(yao)求很(hen)大的(de)加(jia)速度。愈靠近(jin)(jin)黑(hei)洞(dong)，要(yao)求的(de)加(jia)速度越(yue)(yue)大，时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)延(yan)滞也(ye)(ye)越(yue)(yue)厉害(hai)。  

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。