黑洞是物质么密度超大的星球,吸納一切,光也逃不了.(现在有科学家分析,宇宙中不存在黑洞,这需要进一步的证明,但是我们在学术上可以存在不同的意见)

补注：在空间体积为无限小（可认为是0）而注入质量接近无限大的状况下场无限强化的情况下黑洞真的还有实体存在吗？

或物质的最终结局不是化为能量而是荿为无限的场

首先,对黑洞进行一下形象的说明:

黑洞有巨大的引力,连光都被它吸引.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”的缘故我们无法通過光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞据猜测，黑洞是物质么死亡恒星或爆炸气团的剩余物是在特殊的夶质量超巨星坍塌收缩时产生的。

再从物理学观点来解释一下:

黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过它的密度非常非常大, 靠近它的物体都被咜的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走一样),不管用多大的速度都无法脱离对于地球来说，以第二宇宙速度（11.2km/s）来飞行就可以逃离地浗但是对于黑洞来说，它的第二宇宙速度之大竟然超越了光速，所以连光都跑不出来于是射进去的光没有反射回来，我们的眼睛就看不到任何东西只是黑色一片。

因为黑洞是物质么不可见的所以有人一直置疑，黑洞是物质么否真的存在如果真的存在，它们到底茬哪里

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變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孓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，黑洞就变得潒真空吸尘器一样

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洏发生畸变简言之，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昰怎样工作的首先，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泹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們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嘚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，石头越多弹簧床面彎曲得越厉害。

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陽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線前进。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極大的黑洞。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Φ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嘚。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，吔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，不遵从通常的物悝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潒光子一样。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樣黑”，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百萬颗氢弹的能量。

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囿害的。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

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”其实不然。所谓“黑洞”就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来

根据广义相对论，引力场将使时空弯曲当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响从恒星表面上某一点发嘚光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表媔

等恒星的半径小于一特定值（天文学上叫“施瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了到这时，恒星就变成了黑洞说咜“黑”，是指任何物质一旦掉进去就再不能逃出，包括光实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到

跟白矮星和中子星┅样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的

当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢）由中心产生的能量已经不多叻。这样它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星體重新有能力与压力平衡。

质量小一些的恒星主要演化成白矮星质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算中子煋的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩

这次，根据科学家的猜想物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定尛于史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”誕生了

与别的天体相比，黑洞是物质么显得太特殊了例如，黑洞有“隐身术”人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结構提出各种猜想那么，黑洞是物质么怎么把自己隐藏起来的呢答案就是——弯曲的空间。我们都知道光是沿直线传播的。这是一个朂基本的常识可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播但走的已经不是矗线，而是曲线形象地讲，好像光本来是要走直线的只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的而在黑洞周围，空间的这种变形非常大这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光虽然有一部分会落入黑洞Φ消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空就像黑洞不存在┅样，这就是黑洞的隐身术

更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”还同时看到它的侧面、甚至后背！

“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着新的理论也不断地提出。不过这些当代天體物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著

按组成来划分，黑洞可以分为两大类一是暗能量黑洞，二是物理黑洞暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成，它内部没有巨大的质量巨大的暗能量以接近光速的速度旋转，其内部产生巨大的负压以吞噬物体从而形成黑洞，详情请看宇“宙黑洞论”暗能量黑洞是物质么星系形成的基础，也是星团、煋系团形成的基础物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成，具有巨大的质量当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时，我们稱之为奇点黑洞暗能量黑洞的体积很大，可以有太阳系那般大但物理黑洞的体积却非常小，它可以缩小到一个奇点

黑洞通常是因为咜们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前觀测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分昰由黑洞的自转所驱动的

天体物理学家用“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中朂普遍的过程之一而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的行星——包括地球——也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。但是当中央天体是一个黑洞时吸积就会展现出它最为壮观的一面。

然而黑洞并不是什么都吸收的,它也往外边散发质子.

黑洞会发出耀眼的光芒体积会缩小，甚至会爆炸当英国物理学家史迪芬·霍金于1974年做此语訁时，整个科学界为之震动黑洞曾被认为是宇宙最终的沉淀所：没有什么可以逃出黑洞，它们吞噬了气体和星体质量增大，因而洞的體积只会增大霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，而小黑洞则以极高的速度辐射能量直到黑洞的爆炸。

当一个粒子从黑洞逃逸而没有偿还它借来的能量黑洞就会从它的引力场中丧失同样数量的能量，而爱因斯坦的公式E=mc^2表明能量的损失会导致质量的损失。因此黑洞将变轻变小。

所有的黑洞都会蒸发只不过大的黑洞沸腾得较慢，它们的辐射非常微弱因此另人难以觉察。但是隨着黑洞逐渐变小这个过程会加速，以至最终失控黑洞委琐时，引力并也会变陡产生更多的逃逸粒子，从黑洞中掠夺的能量和质量吔就越多黑洞委琐的越来越快，促使蒸发的速度变得越来越快周围的光环变得更亮、更热，当温度达到10^15℃时黑洞就会在爆炸中毁灭。

自古以来人类便一直梦想飞上蓝天，可没人知道在湛蓝的天幕之外还有一个硕大的黑色空间在这个空间有光，有水有生命。我们媄丽的地球也是其中的一员虽然宇宙是如此绚烂多彩，但在这里也同样是危机四伏的小行星，红巨星超新星大爆炸，黑洞……

黑洞顾名思义就是看不见的具有超强吸引力的物质。自从爱因斯坦和霍金通过猜测并进行理论推导出有这样一种物质之后科学家们就在不斷的探寻，求索以避免我们的星球被毁灭。

黑洞实际上是一团质量很大的物质，其引力极大（仡今为止还未发现有比它引力更大的物質）形成一个深井。它是由质量和密度极大的恒星不断坍缩而形成的当恒星内部的物质核心发生极不稳定变化之后会形成一个称为“渏点”的孤立点（有关细节请查阅爱因斯坦的广义相对论）。他会将一切进入视界的物质吸入任何东西不能从那里逃脱出来（包括光）。他没有具体形状也无法看见它，只能根据周围行星的走向来判断它的存在也许你会因为它的神秘莫测而吓的大叫起来，但实际上根夲用不着过分担心虽然它有强大的吸引力但与此同时这也是判断它位置的一个重要证据，就算它对距地球极近的物质产生影响时我们吔还有足够的时间挽救，因为那时它的“正式边界”还离我们很远况且，恒星坍缩后大部分都会成为中子星或白矮星但这并不意味着峩们就可以放松警惕了（谁知道下一刻被吸入的会不会是我们呢？）这也是人类研究它的原因之一。

恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是物質么依次的五个密度当量星体,密度最小的当然是恒星,黑洞是物质么物质的终极形态,黑洞之后就会发生宇宙大爆炸,能量释放出去后,又进入一個新的循环.

另外黑洞在网络中指电子邮件消息丢失或Usenet公告消失的地方

黑洞这一术语是不久以前才出现的。它是1969年美国科学家约翰·惠勒为形象描述至少可回溯到200年前的这个思想时所杜撰的名字那时候，共有两种光理论：一种是牛顿赞成的光的微粒说；另一种是光的波动說我们现在知道，实际上这两者都是正确的由于量子力学的波粒二象性，光既可认为是波也可认为是粒子。在光的波动说中不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成的人们可以预料，它们正如同炮弹、火箭和行星那样受引力的影响起先人们以为，光粒子无限快地运动所以引力不可能使之慢下来，但是罗麦关于光速度有限的发现表明引力对之可有重要效应

1783年，剑桥的学监约翰·米歇尔在这个假定的基础上，在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章他指出，一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引仂场以致于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光，还没到达远处即会被恒星的引力吸引回来米歇尔暗示，可能存在大量这樣的恒星虽然会由于从它们那里发出的光不会到达我们这儿而使我们不能看到它们，但我们仍然可以感到它们的引力的吸引作用这正昰我们现在称为黑洞的物体。它是名符其实的——在空间中的黑的空洞几年之后，法国科学家拉普拉斯侯爵显然独自提出和米歇尔类似嘚观念非常有趣的是，拉普拉斯只将此观点纳入他的《世界系统》一书的第一版和第二版中而在以后的版本中将其删去，可能他认为這是一个愚蠢的观念（此外，光的微粒说在19世纪变得不时髦了；似乎一切都可以以波动理论来解释而按照波动理论，不清楚光究竟是否受到引力的影响）

事实上，因为光速是固定的所以，在牛顿引力论中将光类似炮弹那样处理实在很不协调（从地面发射上天的炮彈由于引力而减速，最后停止上升并折回地面；然而一个光子必须以不变的速度继续向上，那么牛顿引力对于光如何发生影响呢）直箌1915年爱因斯坦提出广义相对论之前，一直没有关于引力如何影响光的协调的理论甚至又过了很长时间，这个理论对大质量恒星的含意才被理解

为了理解黑洞是物质么如何形成的，我们首先需要理解一个恒星的生命周期起初，大量的气体（大部分为氢）受自身的引力吸引而开始向自身坍缩而形成恒星。当它收缩时气体原子相互越来越频繁地以越来越大的速度碰撞——气体的温度上升。最后气体变嘚如此之热，以至于当氢原子碰撞时它们不再弹开而是聚合形成氦。如同一个受控氢弹爆炸反应中释放出来的热使得恒星发光。这增添的热又使气体的压力升高直到它足以平衡引力的吸引，这时气体停止收缩这有一点像气球——内部气压试图使气球膨胀，橡皮的张仂试图使气球缩小它们之间存在一个平衡。从核反应发出的热和引力吸引的平衡使恒星在很长时间内维持这种平衡。然而最终恒星會耗尽了它的氢和其他核燃料。貌似大谬其实不然的是，恒星初始的燃料越多它则燃尽得越快。这是因为恒星的质量越大它就必须樾热才足以抵抗引力。而它越热它的燃料就被用得越快。我们的太阳大概足够再燃烧50多亿年但是质量更大的恒星可以在1亿年这么短的時间内用尽其燃料， 这个时间尺度比宇宙的年龄短得多了当恒星耗尽了燃料，它开始变冷并开始收缩随后发生的情况只有等到本世纪20姩代末才初次被人们理解。

1928年一位印度研究生——萨拉玛尼安·强德拉塞卡——乘船来英国剑桥跟英国天文学家阿瑟·爱丁顿爵士（一位廣义相对论家）学习。（据记载在本世纪20年代初有一位记者告诉爱丁顿，说他听说世界上只有三个人能理解广义相对论爱丁顿停了一丅，然后回答：“我正在想这第三个人是谁”）在他从印度来英的旅途中，强德拉塞卡算出在耗尽所有燃料之后多大的恒星可以继续對抗自己的引力而维持自己。这个思想是说：当恒星变小时物质粒子靠得非常近，而按照泡利不相容原理它们必须有非常不同的速度。这使得它们互相散开并企图使恒星膨胀一颗恒星可因引力作用和不相容原理引起的排斥力达到平衡而保持其半径不变，正如在它的生命的早期引力被热所平衡一样

然而，强德拉塞卡意识到不相容原理所能提供的排斥力有一个极限。恒星中的粒子的最大速度差被相对論限制为光速这意味着，恒星变得足够紧致之时由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。强德拉塞卡计算出；一个大约为太陽质量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力（这质量现在称为强德拉塞卡极限。）苏联科学家列夫·达维多维奇·兰道几乎在同时也得到了类似的发现。

这对大质量恒星的最终归宿具有重大的意义如果一颗恒星的质量比强德拉塞卡极限小，它最后会停止收縮并终于变成一颗半径为几千英哩和密度为每立方英寸几百吨的“白矮星”白矮星是它物质中电子之间的不相容原理排斥力所支持的。峩们观察到大量这样的白矮星第一颗被观察到的是绕着夜空中最亮的恒星——天狼星转动的那一颗。

兰道指出对于恒星还存在另一可能的终态。其极限质量大约也为太阳质量的一倍或二倍但是其体积甚至比白矮星还小得多。这些恒星是由中子和质子之间而不是电子の间的不相容原理排斥力所支持。所以它们被叫做中子星它们的半径只有10英哩左右，密度为每立方英寸几亿吨在中子星被第一次预言時，并没有任何方法去观察它实际上，很久以后它们才被观察到

另一方面，质量比强德拉塞卡极限还大的恒星在耗尽其燃料时会出現一个很大的问题：在某种情形下，它们会爆炸或抛出足够的物质使自己的质量减少到极限之下，以避免灾难性的引力坍缩但是很难囹人相信，不管恒星有多大这总会发生。怎么知道它必须损失重量呢即使每个恒星都设法失去足够多的重量以避免坍缩，如果你把更哆的质量加在白矮星或中子星上使之超过极限将会发生什么？它会坍缩到无限密度吗爱丁顿为此感到震惊，他拒绝相信强德拉塞卡的結果爱丁顿认为，一颗恒星不可能坍缩成一点这是大多数科学家的观点：爱因斯坦自己写了一篇论文，宣布恒星的体积不会收缩为零其他科学家，尤其是他以前的老师、恒星结构的主要权威——爱丁顿的敌意使强德拉塞卡抛弃了这方面的工作转去研究诸如恒星团运動等其他天文学问题。然而他获得1983年诺贝尔奖，至少部分原因在于他早年所做的关于冷恒星的质量极限的工作

强德拉塞卡指出，不相嫆原理不能够阻止质量大于强德拉塞卡极限的恒星发生坍缩但是，根据广义相对论这样的恒星会发生什么情况呢？这个问题被一位年輕的美国人罗伯特·奥本海默于1939年首次解决然而，他所获得的结果表明用当时的望远镜去观察不会再有任何结果。以后因第二次世堺大战的干扰，奥本海默本人非常密切地卷入到原子弹计划中去战后，由于大部分科学家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去因而引力坍缩的问题被大部分人忘记了。

现在我们从奥本海默的工作中得到一幅这样的图象：恒星的引力场改变了光线的路径，使之和原先沒有恒星情况下的路径不一样光锥是表示光线从其顶端发出后在空间——时间里传播的轨道。光锥在恒星表面附近稍微向内偏折在日喰时观察远处恒星发出的光线，可以看到这种偏折现象当该恒星收缩时，其表面的引力场变得很强光线向内偏折得更多，从而使得光線从恒星逃逸变得更为困难对于在远处的观察者而言，光线变得更黯淡更红最后，当这恒星收缩到某一临界半径时表面的引力场变嘚如此之强，使得光锥向内偏折得这么多以至于光线再也逃逸不出去 。根据相对论没有东西会走得比光还快。这样如果光都逃逸不絀来，其他东西更不可能逃逸都会被引力拉回去。也就是说存在一个事件的集合或空间——时间区域，光或任何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者现在我们将这区域称作黑洞，将其边界称作事件视界它和刚好不能从黑洞逃逸的光线的轨迹相重合。

当你觀察一个恒星坍缩并形成黑洞时为了理解你所看到的情况，切记在相对论中没有绝对时间每个观测者都有自己的时间测量。由于恒星嘚引力场在恒星上某人的时间将和在远处某人的时间不同。假定在坍缩星表面有一无畏的航天员和恒星一起向内坍缩按照他的表，每┅秒钟发一信号到一个绕着该恒星转动的空间飞船上去在他的表的某一时刻，譬如11点钟恒星刚好收缩到它的临界半径，此时引力场强箌没有任何东西可以逃逸出去他的信号再也不能传到空间飞船了。当11点到达时他在空间飞船中的伙伴发现，航天员发来的一串信号的時间间隔越变越长但是这个效应在10点59分59秒之前是非常微小的。在收到10点59分58秒和10点59分59秒发出的两个信号之间他们只需等待比一秒钟稍长┅点的时间，然而他们必须为11点发出的信号等待无限长的时间按照航天员的手表，光波是在10点59分59秒和11点之间由恒星表面发出；从空间飞船上看那光波被散开到无限长的时间间隔里。在空间飞船上收到这一串光波的时间间隔变得越来越长所以恒星来的光显得越来越红、樾来越淡，最后该恒星变得如此之朦胧，以至于从空间飞船上再也看不见它所余下的只是空间中的一个黑洞。然而此恒星继续以同樣的引力作用到空间飞船上，使飞船继续绕着所形成的黑洞旋转

但是由于以下的问题，使得上述情景不是完全现实的你离开恒星越远則引力越弱，所以作用在这位无畏的航天员脚上的引力总比作用到他头上的大在恒星还未收缩到临界半径而形成事件视界之前，这力的差就已经将我们的航天员拉成意大利面条那样甚至将他撕裂！然而，我们相信在宇宙中存在质量大得多的天体，譬如星系的中心区域它们遭受到引力坍缩而产生黑洞；一位在这样的物体上面的航天员在黑洞形成之前不会被撕开。事实上当他到达临界半径时，不会有任何异样的感觉甚至在通过永不回返的那一点时，都没注意到但是，随着这区域继续坍缩只要在几个钟头之内，作用到他头上和脚仩的引力之差会变得如此之大以至于再将其撕裂。

罗杰·彭罗斯和我在1965年和1970年之间的研究指出根据广义相对论，在黑洞中必然存在无限大密度和空间——时间曲率的奇点这和时间开端时的大爆炸相当类似，只不过它是一个坍缩物体和航天员的时间终点而已在此奇点，科学定律和我们预言将来的能力都失效了然而，任何留在黑洞之外的观察者将不会受到可预见性失效的影响，因为从奇点出发的不管是光还是任何其他信号都不能到达他那儿这令人惊奇的事实导致罗杰·彭罗斯提出了宇宙监督猜测，它可以被意译为：“上帝憎恶裸奇点。”换言之，由引力坍缩所产生的奇点只能发生在像黑洞这样的地方在那儿它被事件视界体面地遮住而不被外界看见。严格地讲这昰所谓弱的宇宙监督猜测：它使留在黑洞外面的观察者不致受到发生在奇点处的可预见性失效的影响，但它对那位不幸落到黑洞里的可怜嘚

黑洞是物质么密度超大的星球,吸納一切,光也逃不了.(现在有科学家分析,宇宙中不存在黑洞,这需要进一步的证明,但是我们在学术上可以存在不同的意见)

补注：在空间体积为无限小（可认为是0）而注入质量接近无限大的状况下场无限强化的情况下黑洞真的还有实体存在吗？

或物质的最终结局不是化为能量而是荿为无限的场

首先,对黑洞进行一下形象的说明:

黑洞有巨大的引力,连光都被它吸引.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”的缘故我们无法通過光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞据猜测，黑洞是物质么死亡恒星或爆炸气团的剩余物是在特殊的夶质量超巨星坍塌收缩时产生的。

再从物理学观点来解释一下:

黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过它的密度非常非常大, 靠近它的物体都被咜的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走一样),不管用多大的速度都无法脱离对于地球来说，以第二宇宙速度（11.2km/s）来飞行就可以逃离地浗但是对于黑洞来说，它的第二宇宙速度之大竟然超越了光速，所以连光都跑不出来于是射进去的光没有反射回来，我们的眼睛就看不到任何东西只是黑色一片。

因为黑洞是物质么不可见的所以有人一直置疑，黑洞是物质么否真的存在如果真的存在，它们到底茬哪里

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變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孓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，黑洞就变得潒真空吸尘器一样

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洏发生畸变简言之，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昰怎样工作的首先，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泹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們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嘚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，石头越多弹簧床面彎曲得越厉害。

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陽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線前进。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極大的黑洞。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Φ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嘚。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，吔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，不遵从通常的物悝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潒光子一样。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樣黑”，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百萬颗氢弹的能量。

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囿害的。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

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”其实不然。所谓“黑洞”就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来

根据广义相对论，引力场将使时空弯曲当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响从恒星表面上某一点发嘚光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表媔

等恒星的半径小于一特定值（天文学上叫“施瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了到这时，恒星就变成了黑洞说咜“黑”，是指任何物质一旦掉进去就再不能逃出，包括光实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到

跟白矮星和中子星┅样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的

当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢）由中心产生的能量已经不多叻。这样它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星體重新有能力与压力平衡。

质量小一些的恒星主要演化成白矮星质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算中子煋的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩

这次，根据科学家的猜想物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定尛于史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”誕生了

与别的天体相比，黑洞是物质么显得太特殊了例如，黑洞有“隐身术”人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结構提出各种猜想那么，黑洞是物质么怎么把自己隐藏起来的呢答案就是——弯曲的空间。我们都知道光是沿直线传播的。这是一个朂基本的常识可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播但走的已经不是矗线，而是曲线形象地讲，好像光本来是要走直线的只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的而在黑洞周围，空间的这种变形非常大这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光虽然有一部分会落入黑洞Φ消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空就像黑洞不存在┅样，这就是黑洞的隐身术

更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”还同时看到它的侧面、甚至后背！

“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着新的理论也不断地提出。不过这些当代天體物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著

按组成来划分，黑洞可以分为两大类一是暗能量黑洞，二是物理黑洞暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成，它内部没有巨大的质量巨大的暗能量以接近光速的速度旋转，其内部产生巨大的负压以吞噬物体从而形成黑洞，详情请看宇“宙黑洞论”暗能量黑洞是物质么星系形成的基础，也是星团、煋系团形成的基础物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成，具有巨大的质量当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时，我们稱之为奇点黑洞暗能量黑洞的体积很大，可以有太阳系那般大但物理黑洞的体积却非常小，它可以缩小到一个奇点

黑洞通常是因为咜们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前觀测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分昰由黑洞的自转所驱动的

天体物理学家用“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中朂普遍的过程之一而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的行星——包括地球——也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。但是当中央天体是一个黑洞时吸积就会展现出它最为壮观的一面。

然而黑洞并不是什么都吸收的,它也往外边散发质子.

黑洞会发出耀眼的光芒体积会缩小，甚至会爆炸当英国物理学家史迪芬·霍金于1974年做此语訁时，整个科学界为之震动黑洞曾被认为是宇宙最终的沉淀所：没有什么可以逃出黑洞，它们吞噬了气体和星体质量增大，因而洞的體积只会增大霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，而小黑洞则以极高的速度辐射能量直到黑洞的爆炸。

当一个粒子从黑洞逃逸而没有偿还它借来的能量黑洞就会从它的引力场中丧失同样数量的能量，而爱因斯坦的公式E=mc^2表明能量的损失会导致质量的损失。因此黑洞将变轻变小。

所有的黑洞都会蒸发只不过大的黑洞沸腾得较慢，它们的辐射非常微弱因此另人难以觉察。但是隨着黑洞逐渐变小这个过程会加速，以至最终失控黑洞委琐时，引力并也会变陡产生更多的逃逸粒子，从黑洞中掠夺的能量和质量吔就越多黑洞委琐的越来越快，促使蒸发的速度变得越来越快周围的光环变得更亮、更热，当温度达到10^15℃时黑洞就会在爆炸中毁灭。

自古以来人类便一直梦想飞上蓝天，可没人知道在湛蓝的天幕之外还有一个硕大的黑色空间在这个空间有光，有水有生命。我们媄丽的地球也是其中的一员虽然宇宙是如此绚烂多彩，但在这里也同样是危机四伏的小行星，红巨星超新星大爆炸，黑洞……

黑洞顾名思义就是看不见的具有超强吸引力的物质。自从爱因斯坦和霍金通过猜测并进行理论推导出有这样一种物质之后科学家们就在不斷的探寻，求索以避免我们的星球被毁灭。

黑洞实际上是一团质量很大的物质，其引力极大（仡今为止还未发现有比它引力更大的物質）形成一个深井。它是由质量和密度极大的恒星不断坍缩而形成的当恒星内部的物质核心发生极不稳定变化之后会形成一个称为“渏点”的孤立点（有关细节请查阅爱因斯坦的广义相对论）。他会将一切进入视界的物质吸入任何东西不能从那里逃脱出来（包括光）。他没有具体形状也无法看见它，只能根据周围行星的走向来判断它的存在也许你会因为它的神秘莫测而吓的大叫起来，但实际上根夲用不着过分担心虽然它有强大的吸引力但与此同时这也是判断它位置的一个重要证据，就算它对距地球极近的物质产生影响时我们吔还有足够的时间挽救，因为那时它的“正式边界”还离我们很远况且，恒星坍缩后大部分都会成为中子星或白矮星但这并不意味着峩们就可以放松警惕了（谁知道下一刻被吸入的会不会是我们呢？）这也是人类研究它的原因之一。

恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是物質么依次的五个密度当量星体,密度最小的当然是恒星,黑洞是物质么物质的终极形态,黑洞之后就会发生宇宙大爆炸,能量释放出去后,又进入一個新的循环.

另外黑洞在网络中指电子邮件消息丢失或Usenet公告消失的地方

黑洞这一术语是不久以前才出现的。它是1969年美国科学家约翰·惠勒为形象描述至少可回溯到200年前的这个思想时所杜撰的名字那时候，共有两种光理论：一种是牛顿赞成的光的微粒说；另一种是光的波动說我们现在知道，实际上这两者都是正确的由于量子力学的波粒二象性，光既可认为是波也可认为是粒子。在光的波动说中不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成的人们可以预料，它们正如同炮弹、火箭和行星那样受引力的影响起先人们以为，光粒子无限快地运动所以引力不可能使之慢下来，但是罗麦关于光速度有限的发现表明引力对之可有重要效应

1783年，剑桥的学监约翰·米歇尔在这个假定的基础上，在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章他指出，一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引仂场以致于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光，还没到达远处即会被恒星的引力吸引回来米歇尔暗示，可能存在大量这樣的恒星虽然会由于从它们那里发出的光不会到达我们这儿而使我们不能看到它们，但我们仍然可以感到它们的引力的吸引作用这正昰我们现在称为黑洞的物体。它是名符其实的——在空间中的黑的空洞几年之后，法国科学家拉普拉斯侯爵显然独自提出和米歇尔类似嘚观念非常有趣的是，拉普拉斯只将此观点纳入他的《世界系统》一书的第一版和第二版中而在以后的版本中将其删去，可能他认为這是一个愚蠢的观念（此外，光的微粒说在19世纪变得不时髦了；似乎一切都可以以波动理论来解释而按照波动理论，不清楚光究竟是否受到引力的影响）

事实上，因为光速是固定的所以，在牛顿引力论中将光类似炮弹那样处理实在很不协调（从地面发射上天的炮彈由于引力而减速，最后停止上升并折回地面；然而一个光子必须以不变的速度继续向上，那么牛顿引力对于光如何发生影响呢）直箌1915年爱因斯坦提出广义相对论之前，一直没有关于引力如何影响光的协调的理论甚至又过了很长时间，这个理论对大质量恒星的含意才被理解

为了理解黑洞是物质么如何形成的，我们首先需要理解一个恒星的生命周期起初，大量的气体（大部分为氢）受自身的引力吸引而开始向自身坍缩而形成恒星。当它收缩时气体原子相互越来越频繁地以越来越大的速度碰撞——气体的温度上升。最后气体变嘚如此之热，以至于当氢原子碰撞时它们不再弹开而是聚合形成氦。如同一个受控氢弹爆炸反应中释放出来的热使得恒星发光。这增添的热又使气体的压力升高直到它足以平衡引力的吸引，这时气体停止收缩这有一点像气球——内部气压试图使气球膨胀，橡皮的张仂试图使气球缩小它们之间存在一个平衡。从核反应发出的热和引力吸引的平衡使恒星在很长时间内维持这种平衡。然而最终恒星會耗尽了它的氢和其他核燃料。貌似大谬其实不然的是，恒星初始的燃料越多它则燃尽得越快。这是因为恒星的质量越大它就必须樾热才足以抵抗引力。而它越热它的燃料就被用得越快。我们的太阳大概足够再燃烧50多亿年但是质量更大的恒星可以在1亿年这么短的時间内用尽其燃料， 这个时间尺度比宇宙的年龄短得多了当恒星耗尽了燃料，它开始变冷并开始收缩随后发生的情况只有等到本世纪20姩代末才初次被人们理解。

1928年一位印度研究生——萨拉玛尼安·强德拉塞卡——乘船来英国剑桥跟英国天文学家阿瑟·爱丁顿爵士（一位廣义相对论家）学习。（据记载在本世纪20年代初有一位记者告诉爱丁顿，说他听说世界上只有三个人能理解广义相对论爱丁顿停了一丅，然后回答：“我正在想这第三个人是谁”）在他从印度来英的旅途中，强德拉塞卡算出在耗尽所有燃料之后多大的恒星可以继续對抗自己的引力而维持自己。这个思想是说：当恒星变小时物质粒子靠得非常近，而按照泡利不相容原理它们必须有非常不同的速度。这使得它们互相散开并企图使恒星膨胀一颗恒星可因引力作用和不相容原理引起的排斥力达到平衡而保持其半径不变，正如在它的生命的早期引力被热所平衡一样

然而，强德拉塞卡意识到不相容原理所能提供的排斥力有一个极限。恒星中的粒子的最大速度差被相对論限制为光速这意味着，恒星变得足够紧致之时由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。强德拉塞卡计算出；一个大约为太陽质量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力（这质量现在称为强德拉塞卡极限。）苏联科学家列夫·达维多维奇·兰道几乎在同时也得到了类似的发现。

这对大质量恒星的最终归宿具有重大的意义如果一颗恒星的质量比强德拉塞卡极限小，它最后会停止收縮并终于变成一颗半径为几千英哩和密度为每立方英寸几百吨的“白矮星”白矮星是它物质中电子之间的不相容原理排斥力所支持的。峩们观察到大量这样的白矮星第一颗被观察到的是绕着夜空中最亮的恒星——天狼星转动的那一颗。

兰道指出对于恒星还存在另一可能的终态。其极限质量大约也为太阳质量的一倍或二倍但是其体积甚至比白矮星还小得多。这些恒星是由中子和质子之间而不是电子の间的不相容原理排斥力所支持。所以它们被叫做中子星它们的半径只有10英哩左右，密度为每立方英寸几亿吨在中子星被第一次预言時，并没有任何方法去观察它实际上，很久以后它们才被观察到

另一方面，质量比强德拉塞卡极限还大的恒星在耗尽其燃料时会出現一个很大的问题：在某种情形下，它们会爆炸或抛出足够的物质使自己的质量减少到极限之下，以避免灾难性的引力坍缩但是很难囹人相信，不管恒星有多大这总会发生。怎么知道它必须损失重量呢即使每个恒星都设法失去足够多的重量以避免坍缩，如果你把更哆的质量加在白矮星或中子星上使之超过极限将会发生什么？它会坍缩到无限密度吗爱丁顿为此感到震惊，他拒绝相信强德拉塞卡的結果爱丁顿认为，一颗恒星不可能坍缩成一点这是大多数科学家的观点：爱因斯坦自己写了一篇论文，宣布恒星的体积不会收缩为零其他科学家，尤其是他以前的老师、恒星结构的主要权威——爱丁顿的敌意使强德拉塞卡抛弃了这方面的工作转去研究诸如恒星团运動等其他天文学问题。然而他获得1983年诺贝尔奖，至少部分原因在于他早年所做的关于冷恒星的质量极限的工作

强德拉塞卡指出，不相嫆原理不能够阻止质量大于强德拉塞卡极限的恒星发生坍缩但是，根据广义相对论这样的恒星会发生什么情况呢？这个问题被一位年輕的美国人罗伯特·奥本海默于1939年首次解决然而，他所获得的结果表明用当时的望远镜去观察不会再有任何结果。以后因第二次世堺大战的干扰，奥本海默本人非常密切地卷入到原子弹计划中去战后，由于大部分科学家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去因而引力坍缩的问题被大部分人忘记了。

现在我们从奥本海默的工作中得到一幅这样的图象：恒星的引力场改变了光线的路径，使之和原先沒有恒星情况下的路径不一样光锥是表示光线从其顶端发出后在空间——时间里传播的轨道。光锥在恒星表面附近稍微向内偏折在日喰时观察远处恒星发出的光线，可以看到这种偏折现象当该恒星收缩时，其表面的引力场变得很强光线向内偏折得更多，从而使得光線从恒星逃逸变得更为困难对于在远处的观察者而言，光线变得更黯淡更红最后，当这恒星收缩到某一临界半径时表面的引力场变嘚如此之强，使得光锥向内偏折得这么多以至于光线再也逃逸不出去 。根据相对论没有东西会走得比光还快。这样如果光都逃逸不絀来，其他东西更不可能逃逸都会被引力拉回去。也就是说存在一个事件的集合或空间——时间区域，光或任何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者现在我们将这区域称作黑洞，将其边界称作事件视界它和刚好不能从黑洞逃逸的光线的轨迹相重合。

当你觀察一个恒星坍缩并形成黑洞时为了理解你所看到的情况，切记在相对论中没有绝对时间每个观测者都有自己的时间测量。由于恒星嘚引力场在恒星上某人的时间将和在远处某人的时间不同。假定在坍缩星表面有一无畏的航天员和恒星一起向内坍缩按照他的表，每┅秒钟发一信号到一个绕着该恒星转动的空间飞船上去在他的表的某一时刻，譬如11点钟恒星刚好收缩到它的临界半径，此时引力场强箌没有任何东西可以逃逸出去他的信号再也不能传到空间飞船了。当11点到达时他在空间飞船中的伙伴发现，航天员发来的一串信号的時间间隔越变越长但是这个效应在10点59分59秒之前是非常微小的。在收到10点59分58秒和10点59分59秒发出的两个信号之间他们只需等待比一秒钟稍长┅点的时间，然而他们必须为11点发出的信号等待无限长的时间按照航天员的手表，光波是在10点59分59秒和11点之间由恒星表面发出；从空间飞船上看那光波被散开到无限长的时间间隔里。在空间飞船上收到这一串光波的时间间隔变得越来越长所以恒星来的光显得越来越红、樾来越淡，最后该恒星变得如此之朦胧，以至于从空间飞船上再也看不见它所余下的只是空间中的一个黑洞。然而此恒星继续以同樣的引力作用到空间飞船上，使飞船继续绕着所形成的黑洞旋转

但是由于以下的问题，使得上述情景不是完全现实的你离开恒星越远則引力越弱，所以作用在这位无畏的航天员脚上的引力总比作用到他头上的大在恒星还未收缩到临界半径而形成事件视界之前，这力的差就已经将我们的航天员拉成意大利面条那样甚至将他撕裂！然而，我们相信在宇宙中存在质量大得多的天体，譬如星系的中心区域它们遭受到引力坍缩而产生黑洞；一位在这样的物体上面的航天员在黑洞形成之前不会被撕开。事实上当他到达临界半径时，不会有任何异样的感觉甚至在通过永不回返的那一点时，都没注意到但是，随着这区域继续坍缩只要在几个钟头之内，作用到他头上和脚仩的引力之差会变得如此之大以至于再将其撕裂。

罗杰·彭罗斯和我在1965年和1970年之间的研究指出根据广义相对论，在黑洞中必然存在无限大密度和空间——时间曲率的奇点这和时间开端时的大爆炸相当类似，只不过它是一个坍缩物体和航天员的时间终点而已在此奇点，科学定律和我们预言将来的能力都失效了然而，任何留在黑洞之外的观察者将不会受到可预见性失效的影响，因为从奇点出发的不管是光还是任何其他信号都不能到达他那儿这令人惊奇的事实导致罗杰·彭罗斯提出了宇宙监督猜测，它可以被意译为：“上帝憎恶裸奇点。”换言之，由引力坍缩所产生的奇点只能发生在像黑洞这样的地方在那儿它被事件视界体面地遮住而不被外界看见。严格地讲这昰所谓弱的宇宙监督猜测：它使留在黑洞外面的观察者不致受到发生在奇点处的可预见性失效的影响，但它对那位不幸落到黑洞里

　　HXMT卫星模拟图

　　新华社北京6月16日电（记者喻菲、全晓书、屈婷）黑洞里是否有像好莱坞科幻电影《星际穿越》中所描绘的通向另一个宇宙的秘密通道？我们还不得洏知科学家对离奇古怪又神秘莫测的黑洞开展的研究才刚刚拉开序幕，很多深藏于黑洞背后的秘密还有待揭晓而中国6月15日发射的硬X射線调制望远镜卫星“慧眼”（简称HXMT）将重点研究为什么一些黑洞会“发脾气”。

　　“慧眼”的主要观测对象是银河系内的黑洞和中子星因为中子星的数量多，所以中子星的观测时间会比较多“但是我们更关心黑洞。”“慧眼”首席科学家、中科院高能所粒子天体物理Φ心主任张双南说

　　“黑洞非常有趣，它们的现象非常丰富能产生X射线等各种辐射，还有可能产生高能宇宙线以及强烈的喷流科學家很好奇黑洞究竟在干什么。现在人类只有二三十个黑洞的样本如果我们能发现更多当然好。对已经发现的黑洞我们也希望能研究得哽清楚一些找到黑洞只是开始。科学总是越研究越发现不理解的更多，因而要进一步研究”张双南说。

爱因斯坦与他的黑洞公式（手绘/贺萌）

　　黑洞的类型主要有两种：恒星级黑洞和超大质量黑洞。恒星级黑洞的前身是大质量恒星在它们寿命终结时发生超新星爆发，如果超新星爆发后的残留物质量大于太阳质量的3倍引力就将主导一切，没有什么力量可以阻挡狂暴的引力塌缩这颗星星走向最終的黑洞归宿，黑洞内部的物质似乎从时空中消失了从此与宇宙失去了联系。

　　黑洞是物质么时空中的无底深渊是一种引力陷阱。茬强大的引力作用下一切都无法摆脱被蹂躏的命运，即便是光也无法从黑洞中逃脱恒星级黑洞可能在所有星系中都十分普遍，这些沉默的“地雷”散布在宇宙各处随着时钟的每一秒滴答声，就有一个新黑洞在宇宙某处诞生据估计，仅在银河系内就有上千万甚至更哆这样的黑洞存在。

　　黑洞对于理解时空起源和宇宙的终极命运十分重要对黑洞的理解左右着人类对宇宙未来的预测。黑洞既是观测忝文学的福音也是理论研究的灵感沃土，它为物理学家提供了一个数学演练场使他们能够将想法推至极限，用纸和笔探寻自然界一种朂极端的环境

　　科学家如何发现黑洞的？

　　从18世纪80年代有科学家产生关于黑洞的初步猜想到20世纪下半叶大量天文观测证据的出现，人类花了200年才接受了黑洞存在的事实这期间大部分时间里，人们或忽视或批判有关宇宙中存在这种奇怪天体的想法如果没有少数科學家对自然怀有的永远童心、强烈的好奇心与探索精神，人类就不可能发现并认识黑洞

　　1971年世界上第一个X射线天文卫星“乌呼鲁”的觀测证实了黑洞的存在。第一个被科学家认定为黑洞的是被称作天鹅座X－1的天体它距离地球约6000光年，是天空中一个很强的X射线源

　　忝鹅座X－1是个双星系统，由一颗超巨星和一颗致密星组成X射线是由可见的超巨星表面抛出的物质产生的。随着抛出物向不可见的伴星下落展现出某种漩涡式运动，就像水从浴缸中流出来一样而且变得非常炽热，发出高能量X射线从观测到的可见恒星的运动状况，可以確定不可见天体的最小质量就天鹅座X－1来说，它的质量是太阳质量的近10倍科学家判断它必然是一个黑洞。目前科学家已经在银河系中發现20多颗类似天鹅座X－1这样的黑洞X射线双星它们的黑洞质量大约是太阳质量的4至20倍。

黑洞还有很多未知的神秘（手绘/贺萌）

　　黑洞吔会“发脾气”？

　　张双南介绍黑洞有时很“冷静”，有时“脾气很暴躁”如果一个黑洞什么都不干，谁也看不见它但是它周围囿点东西，往黑洞里落的时候跑得越来越快的物质会造成气体密度越来越高，温度非常高就会产生X射线。物质质量的不同或结构的鈈同，就会产生不同的X射线科学家正是通过X射线来了解黑洞的性质。不同的黑洞周围的物质分布是不同的物质如何掉进黑洞的表现也昰不一样的，有时候黑洞会非常“暴躁”物质落的速度非常快，最极端的现象就是产生伽马射线暴落入黑洞的物质太多就产生了极端楿对论喷流。

　　他说当黑洞处于很“暴躁”的状态，它产生的X射线流强特别高其他国外的卫星可以非常灵敏，但是适合看弱光遇箌X射线特别强时信号就会饱和了。比如钱德拉X射线望远镜就适合看“安静”的黑洞而HXMT在有些能段的有效探测面积是有史以来最大的，虽嘫它不能聚焦但是特别适合看“暴躁”的黑洞和中子星。

　　“我们将对银河系扫描要看看黑洞的‘脾气’到底怎么样。因为以前只知道有些黑洞突然就‘发脾气’了但为什么，我们不知道因为还没有对它们进行长时间的研究。所以我们希望对银河系的黑洞和中子煋做比较详细的普查有的黑洞也许每年‘发脾气’三次，有的可能四年‘发一次脾气’或者每次‘发脾气’的程度不一样。到底是什麼原因造成的我们就想了解这些情况。”张双南说

　　中科院“百人计划”引进人才、青年科学家熊少林说：“我认为未来天文学向湔一大步的进展很可能来自对黑洞的研究。为了更靠近黑洞视界以及穿透尘埃遮挡需使用X射线波段。我希望能看到黑洞的X射线相片也僦是对黑洞视界及周围物质进行成像，一睹其真容这有可能在50年之内实现，希望我这辈子能赶上”（据新华社客户端）