請問黑洞是怎樣形成的?

黑洞



　　“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的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面。

　　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。到这时，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。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。

　　那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

　　我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。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。

　　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，中子星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，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(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”诞生了。

　　与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。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构提出各种猜想。那么，黑洞是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。这是一个最基本的常识。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，但走的已经不是直线，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。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！

　　“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，这些当代天体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。

黑洞的形成又可以有好幾種可能性，第一種較為可能的，是非常大量的物質集中聚集，而他們的密度保持不變，如此這一堆物質的引力就會隨著質量的增加而越來越強，最後引力強到連光都逃不出去，那麼它就會形成一個黑洞，例如把質量有1.4億個太陽的星體聚集起來，就會形成黑洞，這個黑洞的直徑是非常地驚人；第二種可能，是假若一顆恆星的質量固定不變，但是讓它不斷地收縮下去，那麼它的密度就會隨著體積的縮小而變得越來越大，引力場也越來越強，直到變成連光線也逃不出去的黑洞，例如要是把太陽收縮到半徑只有3000米那麼小，就會形成黑洞，這個黑洞直徑並不大，反而是密度非常大了。第三種可能本組以科學的方法來解釋：太陽的末期，氫會融合為氦，氦再融合為碳和氧以至更重的元素，直到核融合不能再提供能量為止，那時太陽內部將沒有足夠的壓力支撐外層的巨大重力，於是整個太陽要向中心塌縮。原子將被擠碎，電子要與核子分離，直到電子產生的壓力足以阻止太陽的進一步塌縮。那時的太陽密度很大，發出的光則只有原來的萬分之一，遂成了一顆白矮星。但是若恆星的某一質量大於某限度時，電子提供的壓力將不足以與引力抗衡，於是電子被擠入原子核內，與質子結合成中子，整個恆星塌縮為中子，密度變得更大了。當恆星的質量再比這個限度更大時，塌縮的結果是中子也無法存在，這時恆星將塌縮為黑洞。因此也有人說黑洞的形成是恆星演化、終結、死亡的結果。
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黑洞
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黑洞是根據現代的物理理論和天文學理論，所預言的在宇宙空間中存在的一種天體區域。

歷史上, 法國力學家拉普拉斯曾預言:「一個密度如地球, 而直徑為 250 個太陽的發光恆星, 由於其引力的作用, 將不允許任何光線離開它。由於這個原因, 宇宙中最大的發光天體, 卻不會被我們看見」。

黑洞是由一個質量相當大的天體，在核能耗盡死亡後發生引力塌縮後形成。根據牛頓萬有引力定理, 由於黑洞的第一宇宙速度過大, 連光也逃逸不出來, 故名黑洞.

在此區域內的萬有引力非常強大，任何物質都不可能從此區域內逃逸出去，甚至光線都被它強大的引力拉回，因此黑洞本身不會發光，不能用天文望遠鏡直接觀測到，是黑漆漆的天體，但天文學家可藉觀察黑洞周圍物質被吸引時的情況，找出黑洞位置。

目錄 [隐藏]
1 尺寸和質量
2 特性
3 分類
4 微黑洞
5 否認黑洞存在的一些觀點
6 請參看
7 外部鏈接



[編輯] 尺寸和質量

質量達太陽10倍的黑洞之電腦模擬圖黑洞是由大約大於太陽質量的3.2倍的天體發生引力坍塌後形成的（小於1.4個太陽質量的恆星，會變成白矮星）。天文學的觀測表明，在很多星系的中心，包括銀河系，都存在超過太陽質量上億倍的超大質量黑洞。

根據愛因斯坦的廣義相對論，黑洞是可以預測的。他們發生於史瓦茲度量。這是由卡爾·史瓦茲於1915年發現的愛因斯坦方程的最簡單解。

根據史瓦茲解，如果一個重力天體的半徑小於一個特定的值，天體將會發生坍塌，這個半徑就叫做史瓦茲半徑。在這個半徑以下的天體，其中的時空嚴重彎曲，從而使其發射的所有射線，無論是來自什麼方向的，都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出任何物質都不可能超越光速，在史瓦茲半徑以下的天體的任何物質——包括重力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點（gravitational singularity）。由於在史瓦茲半徑內連光線都不能逃出黑洞，所以一個典型的黑洞確實是“黑”的。

史瓦茲半徑由下麵式子給出：



G是萬有引力常數，M是天體的質量，c是光速。對於一個與地球質量相等的天體，其史瓦茲半徑僅有9毫米。


[編輯] 特性
目前公認的理論認為，黑洞只有三個物理量有意義：質量、電荷、角動量。也就是說：對於一個黑洞，一旦這三個物理量確定下來了，這個黑洞的特性也就唯一確定了，這稱為黑洞的無毛定理，或者三毛定理。


[編輯] 分類
黑洞分類： 一、超巨質量黑洞 二、小質量黑洞 三、中型黑洞

超巨質量黑洞： 到目前為止可以所有已知星系中心發現其蹤跡。 它的質量據信是太陽的數百萬至十數億倍。 小質量黑洞： 質量為太陽質量的１０至２０倍， 即超新星爆炸以後所留下的核心質量是 太陽的 3 ~ 15 倍就會形成黑洞。 而理論預測質量為太陽的 40 倍以上， 則可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。 中型黑洞： 推論是由小質量黑洞合併形成， 最後則變成超巨質量黑洞， 但中型黑洞是否真實存在仍然必需存疑。


[編輯] 微黑洞
微黑洞是理論預言的一類黑洞，目前尚無證據支持微黑洞的存在。它們誕生於宇宙大爆炸初期，質量非常小，根據霍金的理論，黑洞質量越小，“蒸發”越快。因此如果存在微黑洞，那麼它們現在一定已經蒸發殆盡了。


[編輯] 否認黑洞存在的一些觀點
量子力學方面的反駁：黑洞中心的奇點具有量子不穩定性，所以整個黑洞不可能穩定存在。
目前發現的黑洞是一些暗能量星：美國加利福尼亞勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的天體物理學家喬治·錢普拉因等認為，目前發現的黑洞是一些暗能量星，真正意義上的黑洞是不存在的。




[編輯] 請參看
物理學：瞭解更多物理學關於天體的理論
天文學
黑洞物理學年表
天體：宇宙中存在各種天體
白洞
中子星
超大質量黑洞