黑洞 的介绍,谢谢
黑洞，不是真的有个洞，而是有种物质密度高得惊人，引力大得连光都无法逃离，如果把地球压缩到鸡蛋大小，那它就是黑洞。因为它引力太大以致于人内无法探测，只好用黑洞来形容
黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。黑洞引申义为无法摆脱的境遇。
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，同时也压缩了内部的空间和时间。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。由于高密度而产生的力量，使得 黑洞
任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量——伽马射线暴。 也可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素。接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与聚变，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。跟白矮星和中子星一样，黑洞可能也是由质量大于太阳质量100倍以上的恒星演化而来的。 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了。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、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。 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（一定小于史瓦西半径），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”诞生了。
编辑本段表现
恒星的引力场改变了光线的路径，使之和原先没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，在日食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，从而使得光线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，表面的引力场变得如此之强，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，如果光都逃逸不出来，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，这样的区域称作黑洞。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。
黑洞图片(20张) 与别的天体相比，黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，物理学家也只能对它内部结构提出各种猜想。而使得黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的空间。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，但相对而言它已弯曲。在经过大密度的天体时，空间会弯曲。光也就偏离了原来的方向。 在地球上，由于引力场作用很小，空间的弯曲是微乎其微的。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中消失，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。观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，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”。 图注一：这张红外波段图像拍摄的是我们所居住银河系的中心部位，所有银河系的恒星都围绕银心部位可能存在的一个超大质量黑洞公转。 版权：ESO/S. Gillessen et al
北京时间1月1日消息，据美国太空网报道，一项新的研究显示，宇宙中最大质量的黑洞开始快速成长的时期可能比科学家原先的估计更早，并且现在仍在加速成长。 一个来自以色列特拉维夫大学的天文学家小组发现，宇宙中最大质量黑洞的首次快速成长期出现在宇宙年龄约为12亿年时，而非之前认为的20~40亿年。天文学家们估计宇宙目前的年龄约为137亿年。 同时，这项研究还发现宇宙中最古老、质量最大的黑洞同样具有非常快速的成长。有关这一发现的详细情况将发表在最新一期的《天体物理学报》。 1.巨型黑洞 宇宙中大部分星系，包括我们居住的银河系的中心都隐藏着一个超大质量黑洞。这些黑洞质量大小不一，从100万个太阳质量到100亿个太阳质量。 天文学家们通过探测黑洞周围吸积盘发出的强烈辐射推断这些黑洞的存在。物质在受到强烈黑洞引力下落时，会在其周围形成吸积盘盘旋下降，在这一过程中势能迅速释放，将物质加热到极高的温度，从而发出强烈辐射。黑洞通过吸积方式吞噬周围物质，这可能就是它的成长方式。 这项最新的研究采用了全世界最先进的地基观测设施，包括位于美国夏威夷莫纳克亚山顶，海拔4000多米处的北双子座望远镜，位于智利帕拉那山的南双子座望远镜，以及位于美国新墨西哥州圣阿古斯丁平原上的甚大阵射电望远镜。 2.大质量黑洞的成长 观测结果显示，出现在宇宙年龄仅为12亿年时的活跃黑洞，其质量要比稍后出现的大部分大质量黑洞质量小10倍。但是它们的成长速度非常快，因而现在它们的质量要比后者大得多。通过对这种成长速度的测算，研究人员可以估算出这些黑洞天体之前和之后的发展路径。 该研究小组发现，那些最古老的黑洞，即那些在宇宙年龄仅为数亿年时便开始进入全面成长期的黑洞，它们的质量仅为太阳的100到1000倍。研究人员认为这些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恒星有关。 天文学家们还注意到，在最初的12亿年后，这些被观测的黑洞天体的成长期仅仅持续了1亿到两亿年。 这项研究是一个已持续7年的研究计划的成果。特拉维夫大学主持的这项研究旨在追踪研究宇宙中最大质量黑洞的演化，并观察它们对宿主星系产生的影响。
编辑本段演化过程
吸积
黑洞通常是因为它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。目前观测到了辐射效率较高的薄 黑洞拉伸，撕裂并吞噬恒星
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是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。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，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。
蒸发
由于黑洞的密度极大，根据公式我们可以知道密度=质量/体积，为了 黑洞喷射物不断变亮
让黑洞密度无限大，那就说明黑洞的体积要无限小，然后质量要无限大，这样才能成为黑洞。黑洞是由一些恒星“灭亡”后所形成的死星，他的质量极大，体积极小。但黑洞也有灭亡的那天，按照霍金的理论，把量子理论中的海森堡测不准原理和黑洞结合起来，假设某一粒子在黑洞中高速运动，测不准原理讲一个微观粒子的动量和位置不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。黑洞相对于微观粒子体积非常大，故其位置不会被很好的定义，因此，其动量定义较准。
毁灭
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年做此预言时，整个科学界为之震动。 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。 假设一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近的话就会有两种情况发生：两粒子湮灭、一个粒子被吸入黑洞。“一个粒子被吸入黑洞”这一情况：在黑洞附近创生的一对粒子其中一个反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生，我们设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量，而反粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子的为之相反的运动过程，如一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子从黑洞逃逸。这一情况就是一个携带着从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的总能量少了，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。 当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。这样，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失得更快。这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，因为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。
编辑本段黑洞分类及特点
按组成划分
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 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足以吞噬物体，从而形成黑洞。暗能量黑洞是星系形成的基础，也是星团、星系团形成的基础。 物理黑洞 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，我们称之为奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大，可以有太阳系那般大。奇点黑洞比起暗能量黑洞来说体积非常小，它甚至可以缩小到一个奇点。
黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。 1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild，1873～1916年）通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（JohnArchibaldWheeler）命名为“黑洞”。 “黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体”。（电磁波）也逃脱不出。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。
中文名
黑洞
外文名
Black Hole
分类
宇宙天体
发现者
卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)
发现时间
1916年
平均密度
ρ=3Mc^2/8πGM
表面温度
T=hc^3/8πkGM
逃逸速度
事件视界之内超过光速
反照率
0
主要探索人
斯蒂芬·威廉·霍金史瓦西
半径
对于史瓦西黑洞：Rs=2GM/c^2
熵
S=Akc^3/4hG
命名人
约翰·阿奇博尔德·惠勒
黑洞图片如下。（全都是想象图，因为科学家不能直接观测到黑洞。）
黑洞的形成如下。
黑洞结构介绍
恒星的质量，用M ⊙作为单位，代表是太阳质量的多少倍。如果一个恒星的
质量小于等于10-3M ⊙，那么恒星就表现为行星的样子，其中静电力为主导，恒
星不会塌缩，在自己的燃料都消耗完后，成为一个真正意义上的行星。如果质量
比10-3M ⊙大，但是没有超过钱德拉塞卡极限：14 M⊙，那么引力就占主导，而
且恒星在它的晚年成为一个白矮星，继续消耗着自己的燃料。当燃料也消耗光了，
那么白矮星就结晶为一个黑矮星，继续存在着，做几乎完全的刚体运动。质量比
1.4 M ⊙大的恒星的命运就比较坎坷了。如果在在晚年爆发为红巨星的时候，将
过多的物质喷射出去，那么它将进入白矮星坟墓。如果喷射的物质不够多，那么
就会在爆发为红巨星后，迅速塌缩为一个白矮星，然后在极其短的时间内继续塌
缩下去，冲破电子简并压的极限，终结在中子星的坟墓中。中子星比白矮星更加
致密，也更加接近刚体。如果质量比2 M ⊙大许多，在爆发的时候喷射掉物质后
的质量仍然比2 M ⊙大，那么它将成为一个黑洞。
在白矮星和中子星系列中，原本恒星的电磁场的能量将保持不变，同时由于
表面积的缩小，磁力线会被挤压在一个十分小范围中，从而增加了磁场的强度。
脉冲星和超新星就是中子星和中子星和喷射出的物质的残留。
但是到了黑洞范围中，情况就不一样了。
在中子星和白矮星中，磁力线还是存在的，但是在黑洞内部，不存在磁力线。
所有的磁力线都被束缚在了视界上（膜规范）。不单单是磁力线，连恒星原
本的电荷都是类似电子一样完全均匀地分布在整个视界上的。向外发射的磁力线
在黑洞没有旋转的时候，和电子周围的电磁场分布一样，完全球对称。在黑洞旋
转的时候，由于视界成为了椭球，因而发生了相应的形变。但是整体上，黑洞和
基本粒子的电磁场分布几乎完全一样。
黑洞的视界周长与黑洞的质量成正比关系：，这里用周长而不用物体到黑洞
中心的距离，是因为如果黑洞存在，那么在黑洞周围的时空必定已经被黑洞的引
力拉成了非欧几里德的，而是黎曼的了。因而距离的概念已经没有了必要，视界
周长和轨道的周长取而代之，用来描述黎曼时空几何的弯曲程度。由于这里的时
空是弯曲的，因此牛顿的万有引力定律已经失效了，取而代之的是爱因斯坦的场
方程。我们这里仅仅使用其中的结果：
从这个公式，我们可以得到一个描述潮汐力（就是物体在相对接近和远离的
两个部位受到的引力的差）的公式：，其中的l 就是这两个部位之间的距离。
从这个公式，我们又可以知道什么呢？我们知道的是，当物体接近视界时，
物体所受到的潮汐力反比于黑洞质量的平方！也就是说，黑洞越重，那么它的潮
汐力越柔和！但是必须注意的是：我们这里说的潮汐力，而不是引力。潮汐力是
引力引起的物体两端的引力差。无论什么黑洞，他的引力是保持巨大无比不会变
的，变的是引力的变化率，以及这个变化率引起的潮汐力。
这里说的是黑洞的外部，现在来看看黑洞的内部。
在黑洞的内部，是量子理论的天下，相对论仅仅指明了一个模糊的方向，而
具体潮汐力、引力如何，是量子理论决定的。
在这里，奇点的混沌效应使得一切计算都是徒劳的，我们不可能知道潮汐力
在什么方向上以多大的力是拉还是压一个物体。我们可以做的，仅仅是说明一下，
质量越大的黑洞，内部的量子效应越柔和；距离奇点越远，你受到的平均潮汐力
越柔和。至于细节，我们无能为力。
但是也不是什么都不能说。
我们通过概率的计算，可以知道，在奇点周围，视界内的空间，随机的潮汐
力总在三个方向上不断交替地、比较有周期地来回拉扯、挤压着物体。这种力在
离奇点越近的地方越显著。在奇点这个位置，这种潮汐力的强度、变化周期都达
到了无限大，物体被完全撕裂了。
理论上，我们可以在一个质量十分大的黑洞中，十分舒服的来到距离奇点一
个特定的范围，期间，从你落入黑洞到达到这个位置，可能需要数十年的时间，
需要的时间与黑洞质量的平方成反比。
当然，即使是这样，物体在接近奇点，到达奇点周围的量子效应区域以后，
还是会被奇点的量子效应摧毁。但是无论黑洞的质量如何，奇点的量子效应的强
度是不会变的，因为奇点的“质量”是不变的。黑洞的质量在黑洞形成的同时，
其实已经被黑洞的奇点销毁了，但是由于引力的非线形效应，引力场的能量又形
成了引力场，从而使得引力场在黑洞内部不断叠加，因而使得黑洞被维持着没有
爆裂。由于一切引力效应来自引力的非线形，而黑洞的质量的贡献仅仅是决定了
这种非线形的程度，因而在奇点周围的量子效应的时空其实在任何质量的的黑洞
内部都是一样的。
奇点的量子效应，使得物体在到达奇点前先被越来越大的量子效应完全撕成
了小个体（大小由量子混沌潮汐力效应的强度决定），然后，一般在达到奇点以
前就已经整个被奇点的混沌潮汐力摧毁，成为了基本粒子。这些基本粒子如夸克
这样被强核力牢牢束缚着的基本粒子才可能熬到直接面临奇点的时候，但是即使
是强力，在巨大引力效应和量子混沌效应的作用下，还是难逃被支解的命运，成
为了纯粹的物质弦。随后可能通过史瓦西喉被抛到了外部空间，可能成为后来量
子蒸发的材料，可能形成了子宇宙，可能在奇点周围不断游荡，可能成为了纯粹
的能量，以潮汐力的形式继续存在，可能成为了纯能量以引力波的形式辐射掉，
可能……总之，形成黑洞的恒星被所形成的黑洞摧毁了，不在对黑洞的引力提供
任何贡献了。黑洞中引力的来源，在奇点形成以后，主要就是来自于引力的非线
形结构。这个会在下文介绍相对论的时候介绍到引力的非线形，在介绍到量子理
论的时候介绍到引力子的自作用。
当然，这个是量子引力——弯曲时空的量子场定律——所给的黑洞内部的描
写，但不是最终描写。物体在达到黑洞的时候可能会得到转机，可能在黑洞内部
真的存在史瓦西喉——虫洞；也许在你达到黑洞以前就会在一个转动黑洞周围被
撕裂的空间吸走；也许你在达到奇点时，会进入一个子宇宙，在时空组中荡漾…
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；另一种是光的波动说。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
力场，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，可能存在大量这样的恒星，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。这正是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的观念。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弹由于引力而减速，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？）直到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
得如此之热，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，橡皮的张力试图使气球缩小，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，最终恒星会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，它就必须越热才足以抵抗引力。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1亿年这么短的时间内
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年代末才初次被人们理解。
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
子之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时，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，会出现一个很大的
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。但是很难令人相信，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
多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结果。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动等其他天文学问题。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。
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，使之和原先没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，在日食时观察远处恒星
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，从而使得光线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，表面的引力场变得如此
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，如果光都逃逸不出来，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。
当你观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。由于恒星的引力场，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，每一秒钟发一信号到一个绕着该恒星转动的空间飞船上去。在从空间飞
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、越来越淡，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
恒星继续以同样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。你离开恒星越远则引力越弱，
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
他头上和脚上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。” 事件视界，也就是空间——时间中不可逃逸区域的边界，正如同围绕着黑洞的单向
膜：物体，譬如不谨慎的航天员，能通过事件视界落到黑洞里去，但是没有任何东西可
以通过事件视界而逃离黑洞。人们可以将诗人但丁针对地狱入口所说的话恰到
好处地用于事件视界：“从这儿进去的人必须抛弃一切希望。”任何东西或任何人一旦
进入事件视界，就会很快地到达无限致密的区域和时间的终点。黑洞根本不是真正黑的，它们像一个热体一样发光，它们越小则发热发光得越厉害。
所以看起来荒谬，而事实上却是，小的黑洞也许可以比大的黑洞更容易地被探测到。
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；另一种是光的波动说。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
力场，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，可能存在大量这样的恒星，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。这正是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的观念。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弹由于引力而减速，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？）直到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
得如此之热，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，橡皮的张力试图使气球缩小，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，最终恒星会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，它就必须越热才足以抵抗引力。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1亿年这么短的时间内
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年代末才初次被人们理解。
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
子之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时，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，会出现一个很大的
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。但是很难令人相信，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
多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结果。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动等其他天文学问题。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。
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，使之和原先没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，在日食时观察远处恒星
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，从而使得光线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，表面的引力场变得如此
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，如果光都逃逸不出来，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。
当你观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。由于恒星的引力场，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，每一秒钟发一信号到一个绕着该恒星转动的空间飞船上去。在从空间飞
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、越来越淡，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
恒星继续以同样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。你离开恒星越远则引力越弱，
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
他头上和脚上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。” 事件视界，也就是空间——时间中不可逃逸区域的边界，正如同围绕着黑洞的单向
膜：物体，譬如不谨慎的航天员，能通过事件视界落到黑洞里去，但是没有任何东西可
以通过事件视界而逃离黑洞。人们可以将诗人但丁针对地狱入口所说的话恰到
好处地用于事件视界：“从这儿进去的人必须抛弃一切希望。”任何东西或任何人一旦
进入事件视界，就会很快地到达无限致密的区域和时间的终点。黑洞根本不是真正黑的，它们像一个热体一样发光，它们越小则发热发光得越厉害。
所以看起来荒谬，而事实上却是，小的黑洞也许可以比大的黑洞更容易地被探测到。
参考资料：《时间简史——从大爆炸到黑洞〉〉
黑洞是根据现代的物理理论和天文学理论,所预言的在宇宙空间中存在一种天体区域.黑洞是由一个质量相当大的天体,在核能耗尽死亡后发生引力塌缩后形成.根据牛顿万有引力定理,由于黑洞的第一宇宙速度过大连光也逃逸不出,故名黑洞.在此区域内的万有引力非常强大,任何物质都不可能从此区域内逃逸出去,甚至光线都被它强大的引力拉回.因此黑洞不会发光,不能用天文望远镜看见,它是黑漆的天体,但天文学家可借观察黑洞周围物质被吸引时的情况,找出黑洞位置
官柿路优： 黑洞是一种引力极强的天体,就连光也不能逃脱.当恒星的史瓦西半径小到一定程度时,就连垂直表面发射的光都无法逃逸了.这时恒星就变成了黑洞.说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出....
岚县18237941606： 什么是黑洞? - ？
官柿路优： 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...
岚县18237941606： ...宇宙中有一种非常奇特的天体,它有非常强大的引力和磁场甚至光都无法逃脱,那就是黑洞,所以我想问问什么是黑洞,请大家给我具体介绍的资料,谢谢 - ？
官柿路优：[答案] 黑洞是个质量非常巨大而体积几乎“没有”的天体.它的万有引力可以吸入在其周围临界范围内的所有物体甚至光线也不例外.黑洞是巨大恒星(至少要太阳质量的30倍以上)坍缩后的残骸.恒星都是质量很大,会发光发热的星体....
岚县18237941606： 黑洞是什么概念?谁给我详细介绍.谢谢~ - ？
官柿路优： 黑洞: 定义: 由一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离的边界即视界(event horizon)所规定的时空区域. 黑洞是一种引力极强的天体,就连光也不能逃脱.当恒星的史瓦西半径小到一定程度时,就连垂直表面发射的光...
岚县18237941606： 宇宙中有个奇特的天体,名叫黑洞,我想问问黑洞是什么 - ？
官柿路优： 黑洞是个质量非常巨大而体积几乎“没有”的天体.它的万有引力可以吸入在其周围临界范围内的所有物体甚至光线也不例外.黑洞是巨大恒星(至少要太阳质量的30倍以上)坍缩后的残骸.恒星都是质量很大,会发光发热的星体.它们放出能...
岚县18237941606： 什么是黑洞?？
官柿路优： 黑洞的形成 跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由质量大于太阳质量20倍的恒星演化而来的. 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了.这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨...
岚县18237941606： 黑洞是什么东西？
官柿路优： 黑洞就是一颗恒星在爆发后的残骸至少比太阳大2倍时黑洞就形成了.
岚县18237941606： 请问专家,黑洞是什么?谢谢 ？
官柿路优： 所谓“黑洞”,是引力场很强的一种天体,就连光也不能逃脱出来.等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了....
岚县18237941606： 什么是黑洞?它是如何形成的?？
官柿路优：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...
岚县18237941606： 黑洞是什么来的,谁能详细的解释一下,谢谢.？
官柿路优： 不用解释的那么麻烦,黑洞是由一颗质量大于中子星极限的恒星由其自身巨大引力坍缩而成.在坍缩过程中,引力如此之强以致包括核力、电子简并、中子简并在内的所有力量都无法阻止,最终它会坍缩成一点,即奇点.在周围形成一个内部任何东西都无法逃离的事件视界
