梦幻星空宇宙：[组图]什么是黑洞

     早在1800年，拉普拉斯（第一个提出星云假说的人）就指出，一个物体的表面积和密度越大，那么它的表面引力和逃逸速度也就越大。物体的大面积和大质量相结合会产生很大的表面引力，以至于它的逃逸速度将等于甚至超过光速，在这种情况下，物体不向外发光。当时，这个假设只被认为是个理想的推测，因为关于物体处于上述状态时的极大面积和极稠密度，我们还一无所知。

    1939年，奥本海默研究了中子星的特性，并指出如果中子星的质量超过3.2 个太阳质量，中子就无法与自身引力相抗衡，从而发生中子塌陷。这时没有任何力量能够抵挡住引力的作用，经过引力作用后中子会形成一个奇异点，一个没有体积只有大质量和高密度的点。就像拉普拉斯推测的那样，这样的超中子星不会向外发光。它被描述成一个无限深的空间洞，任何落在它上面的物体都会被它吞没，而且这些被吞没的物体不可能再出来，即使是光也不能逃出来。美国物理学家约翰。阿基伯德。维勒给它起了一个相应的名字叫黑洞。

    英国物理学家史蒂芬。威廉。哈肯在1970年时指出黑洞可能会慢慢地消失，即黑洞并不是绝对永远存在的物体。

    黑洞最易在恒星表面最厚的地方和恒星碰撞最频繁的地方形成，这时恒星会吸在一起形成可以坍陷的大质量物体。

    黑洞通常出现在球状星云的中心，并且更多的时候会出现在银河系的中心。

    事实上，在人马座方向上银河系的小核心是非常活跃的——这就是说它释放出的巨大能量（央斯基就是从这个核心首次发现了太阳系外的放射源）使天文学家有理由确信，在中心处有一个由大约一亿个恒星组成的黑洞。这样一个巨大的黑洞将会随着它吞食附近的物体而继续变大，甚至可以吞食所有的恒星。但是无论如何，在不远的将来整个银河系还没有被吞食掉的危险，因为黑洞不可能把它周围的物质吞食干净。

    在茫茫宇宙中，人们该怎样观察黑洞来决定它是否真的存到它。当物质被绕着黑洞飞快旋转的引力源吸入黑洞时，会发生碰撞释放能量，以螺旋状进入黑洞。在螺旋下降过程中会发射X 射线，所以当天空中有X 射线被释放时，我们至少可以判断出那里有黑洞存在的可能。遗憾的是，某些其他过程也释放X 射线，所以，上述结论只能判断黑洞存在的可能性而无其他用处。即使我们知道星系的中心很活跃并产生大量的射线，我们也不能把它当作黑洞存在的直接证据。

    假设黑洞是密近双星系统的一部分，普通的恒星是它的另一部分。由一个白矮星和一个普通恒星组成的密近双星系统是一颗新星。由两个中子星组成的密近双星系统也是存在的，有关它们运动的研究可以证实爱因斯坦的相对论。那么，为什么说密近双星系统是由一个黑洞和一个普通恒星组成的呢？如果存在这样一个物质，它从普通恒星中被吸入黑洞并在螺旋下降时发射X 射线，因为物质的吸引是无规律的，所以发射的X 射线在性质和强度上也产生无规律的变化。

    1965年，在天鹅座中探测到一个特殊的强X 射线源，并命名为天鹅座X －1.1971年，一个X 射线探测火箭表明，天鹅座X －1 发射的X 射线是无规律的，从而证实了黑洞存在的可能性。人们立刻投入极大的关注对天鹅座X －1进行研究，发现在天鹅座附近有一颗大而热的蓝白恒星，据估计这颗恒星比我们的太阳大30倍。这颗恒星和X 射线源绕着彼此互相旋转，从引力中心的位置判断，这个X 射线源是我们太阳的5 —8 倍。因为它无法被我们看见，所以一定是坍缩后的小尺寸恒星，又因为它的质量很大，不可能是一个中子星，所以它肯定是一个黑洞。

    这就是我们所知道的有关黑洞的最新知识，很多天文学家都认为天鹅座X －1 是黑洞，并确信黑洞一定存在而且可能很普遍存在。

黑洞是什么
 
　　黑洞中隐匿着巨大的引力场，这种引力大到任何东西，甚至连光，都难逃黑洞的手掌心。黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。据猜测，黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。

　　因为黑洞是不可见的，所以有人一直置疑，黑洞是否真的存在。如果真的存在，它们到底在哪里？

　　黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样

　　为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界，我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说，适用于行星、恒星，也适用于黑洞。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说，说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之，广义相对论说物质弯曲了空间，而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。

　　让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先，考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的第四维（虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向，但我们可以尽力去想象）。其次，考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。

　　爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景：石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些，虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块，则将产生更大的效果，使床面下沉得更多。事实上，石头越多，弹簧床面弯曲得越厉害。

　　同样的道理，宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样，质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害得多。

　　如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动，它将沿直线前进。反之，如果它经过一个下凹的地方 ，则它的路径呈弧形。同理，天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进，而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。

　　现在再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大大地影响床面，不仅会使其表面弯曲下陷，还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以宇宙出现，若宇宙中存在黑洞，则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。

　　现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球，会掉进大石头形成的深洞一样，一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且，若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。

　　我们已经说过，没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度，有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理，一切比其周围温度高的物体都要释放出热量，同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量，黑洞释放能量称为：霍金辐射。黑洞散尽所有能量就会消失。

处于时间与空间之间的黑洞，使时间放慢脚步，使空间变得有弹性，同时吞进所有经过它的一切。1969年，美国物理学家约翰 阿提 惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。

　　我们都知道因为黑洞不能反射光，所以看不见。在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的。但英国著名物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑。通过科学家的观测，黑洞周围存在辐射，而且很可能来自于黑洞，也就是说，黑洞可能并没有想象中那样黑。
　　霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子，这些粒子在太空中成对产生，不遵从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后，有的就会消失在茫茫太空中。一般说来，可能直到这些粒子消失时，我们都未曾有机会看到它们。

　　霍金还指出，黑洞产生的同时，实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中，另一个则会逃逸，一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。对观察者而言，看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。

　　所以，引用霍金的话就是“黑洞并没有想象中的那样黑”，它实际上还发散出大量的光子。

　　根据爱因斯坦的能量与质量守恒定律。当物体失去能量时，同时也会失去质量。黑洞同样遵从能量与质量守恒定律，当黑洞失去能量时，黑洞也就不存在了。霍金预言，黑洞消失的一瞬间会产生剧烈的爆炸，释放出的能量相当于数百万颗氢弹的能量。

　　但你不要满怀期望地抬起头，以为会看到一场烟花表演。事实上，黑洞爆炸后，释放的能量非常大，很有可能对身体是有害的。而且，能量释放的时间也非常长，有的会超过100亿至200亿年，比我们宇宙的历史还长，而彻底散尽能量则需要数万亿年的时间