世界上是不是有黑洞

甚 麼 是 黑 洞 ？

黑 洞 是 一 個 時 空 的 黑 暗 區 ， 由 一 些 質 量 頗 大 的 星 體 經 重 力 塌 縮 後 所 剩 餘 的 東 西 。 它 的 基 本 特 徵 是 有 一 個 封 閉 的 視 界 。 這 視 界 就 是 黑 洞 的 邊 界 ， 一 切 外 來 的 物 質 和 輻 射 可 以 進 入 這 視 界 以 內 ， 但 視 界 內 任 何 物 質 都 不 能 從 裡 面 跑 來 。

黑 洞 是 怎 樣 出 現 ？

當 一 顆 質 量 相 當 大 的 星 體 的 核 能 耗 盡 後 ， 沒 有 輻 射 壓 力 去 抵 抗 重 力 ， 平 衡 態 不 再 存 在 ， 這 星 體 將 全 面 塌 縮 ， 成 為 中 子 星 。 若 其 質 量 仍 大 於 三 個 太 陽 質 量 時 ， 那 麼 連 中 子 簡 併 氣 體 壓 力 也 不 能 平 衡 重 力 ， 星 體 將 斷 續 塌 縮 至 它 的 重 力 半 徑 (rg) 範 圍 之 內 。 這 時 ， 引 力 之 大 足 以 使 一 切 粒 子 ， 包 括 光 子 ， 都 被 引 回 星 體 本 身 ， 不 能 外 逸 。 這 就 形 成 黑 洞 。

註 ： 重 力 半 徑 又 稱 史 瓦 半 徑 ， 它 只 與 體 的 質 量 成 正 比 。

黑 洞 的 參 數

要 了 解 一 顆 星 體 ， 我 們 需 要 很 多 參 數 ， 但 當 它 塌 縮 成 為 一 個 黑 洞 ， 任 何 物 質 都 不 能 逃 離 它 ， 因 此 我 們 是 無 法 觀 測 到 任 何 有 關 它 的 信 息 。 根 據 研 究 ， 只 有 三 個 基 本 參 數 ， 質 量 、 電 苛 和 旋 轉 ， 我 們 才 能 在 遠 距 離 探 測 到 ， 這 就 是「 黑 洞 沒 有 毛 髮 」的 定 理 。

理 論 上 ， 黑 洞 可 按 積 分 成 小 、 中 和 大 三 類 ， 已 有 好 些 証 據 顯 示 ， 中 型 黑 洞 是 大 星 體 在 其 生 命 終 結 時 ， 星 體 內 陷 和 坍 塌 後 所 留 下 的 遺 骸 ， 而 大 型 黑 洞 則 存 在 於 很 多 星 系 中 ， 可 能 包 括 我 們 身 處 的 星 系 。

黑 洞 的 界 限

當 一 個 黑 洞 形 成 後 ， 所 有 物 質 都 會 向 中 心 場 縮 成 高 一 個 非 常 細 小 的 質 點 ， 稱 為 奇 點 ， 黑 洞 的 表 面 層 稱 為「 事 件 穹 界 」。 而 這 表 面 層 和 中 心 奇 點 的 距 離 就 是 史 瓦 半 徑 。 任 何 物 質 要 從 黑 洞 的 史 瓦 半 徑 跑 到 外 面 去 ， 它 的 逃 離 速 度 便 要 大 於 光 速 。 但 根 據 狹 義 相 對 論 ， 光 速 是 速 度 的 極 限 ， 因 此 ， 一 切 物 質 到 了 事 件 穹 界 便 扯 向 中 心 的 奇 點 ， 永 不 能 逃 出 來 。

怎 樣 探 索 黑 洞 ？

由 於 黑 洞 不 能 發 出 光 線 ， 體 積 又 非 常 細 小 ， 所 以 是 不 可 能 用 天 文 望 遠 鏡 規 測 得 到 的 。 但 根 據 理 論 ， 如 果 一 對 雙 星 中 的 伴 星 是 黑 洞 ， 那 麼 主 星 的 物 質 被 吸 引 向 黑 洞 而 形 成 一 個 吸 積 環 。 由 於 吸 積 環 的 物 質 互 相 摩 刷 而 引 起 高 溫 ， 因 而 輻 射 X 光 線 。 於 是 黑 洞 搜 索 者 就 將 重 點 於 X 射 線 密 近 雙 星 上 。

1962 年 ， 人 們 探 測 所 得 ， 位 於 天 鵝 座 鵝 頸 內 有 一 股 X 射 線 ， 並 將 該 源 命 名 為 是 非 常 有 可 能 是 一 黑 洞 。 天 鵝 座 X-1 是 一 X 射 線 源 ， 它 的 一 顆 子 星 是 超 藍 巨 星 ， 那 可 能 是 黑 洞 而 看 不 見 的 子 星 質 量 。

怎 樣 發 現 黑 洞 的 存 在 ？

於 1990 年 4 月 27 日 ， 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 的 啟 用 ， 為 人 類 探 索 太 空 夫 揭 開 了 新 的 一 頁 ， 雖 然 在 製 造 時 出 了 錯 誤 ， 使 影 像 大 打 折 扣 ， 可 是 仍 對 天 文 學 有 莫 大 的 貢 獻 。

近 來 人 類 對 一 直 只 是 存 在 於 理 論 範 疇 內 的 黑 洞 ， 已 透 過 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 ， 有 了 進 一 步 的 証 據 。 於 仙 女 座 大 星 系 M31 附 近 的 M32 發 現 了 一 個 質 量 大 於 太 陽 三 百 萬 倍 的 黑 洞 。 M32 是 在 我 們 的 銀 河 系 附 近 ， 距 離 地 球 2.3 百 萬 光 年 的 星 系 。 它 是 人 類 所 知 密 度 最 高 的 星 系 ， 於 直 徑 只 有 一 千 光 年 的 範 圍 內 ( 我 們 的 銀 行 河 系 直 徑 約 十 萬 光 年 ) ， 包 含 了 四 百 萬 顆 星 ， 中 心 和 密 度 是 我 們 的 銀 河 系 100 個 一 百 萬 倍 左 右 。

假 設 你 生 活 於 M32 中 心 的 行 星 上 ， 你 會 見 到 一 個 密 佈 星 光 的 夜 光 ， 光 度 比 一 百 倍 滿 月 還 要 亮 。 科 學 家 是 由 星 星 於 該 星 系 的 活 動 ， 及 其 中 心 密 度 而 推 測 的 。 此 星 系 內 之 星 星 移 動 速 度 較 之 於 一 般 星 系 每 秒 快 了 100 公 里 。

對 於 此 發 現 ， 實 對 各 天 文 學 者 的 一 大 鼓 舞 ， 相 信 以 後 哈 勃 望 遠 鏡 ， 必 能 為 人 類 揭 開 更 多 太 空 的 神 秘 之 謎

某 程 度 來 說 ， 你 可 以 把 黑 洞 看 成 是 宇 宙 中 的 一 個 洞 ， 但 這 個 洞 是 立 體 ( 三 維 ) 的 。

根 據 廣 義 相 對 論 ， 物 質 的 存 在 會 扭 曲 時 空 ， 而 黑 洞 是 密 度 無 限 大 的 物 體 ， 所 以 對 時 空 的 扭 曲 也 是 空 前 的 ， 結 果 形 成 一 個 宇 宙 的 深 淵 ， 一 切 物 體 ( 包 括 光 ) 在 進 入 黑 洞 後 也 永 不 能 逃 離 ， 很 像 一 個 深 不 見 底 的 洞 ， 掉 進 去 後 便 永 遠 爬 不 出 來 。

有 趣 的 是 這 黑 洞 是 一 個 立 體 的 洞 ， 在 一 個 二 維 平 面 ( 例 如 一 面 牆 ) 上 的 洞 ， 我 們 可 以 想 像 得 到 ， 這 個 平 面 上 的 洞 是 向 第 三 維 空 間 凹 進 去 ， 但 一 個 三 維 的 洞 ， 是 向 更 高 維 數 的 空 間 凹 進 去 ， 這 對 於 一 個 生 活 在 三 維 ( 立 體 世 界 ) 的 人 是 無 法 想 像 的 ， 難 以 理 解 是 正 常 的 。

科 學 家 一 般 以 黑 洞 的 事 件 穹 界 ( Event horizon ) 作 為 它 的 邊 界 ， 以 一 個 靜 止 而 沒 有 帶 電 的 黑 洞 來 說 ， 它 是 球 形 的 ， 從 外 面 看 來 ， 它 是 一 個 完 全 漆 黑 的 圓 球 ， 在 球 的 邊 緣 ， 你 會 看 到 星 光 被 完 全 扭 曲 。

這 種 簡 單 黑 洞 的 半 徑 ( 即 史 瓦 西 半 徑 ( Schwarzschild radius ) ， 因 由 德 國 天 文 學 家 史 瓦 西 ( Karl Schwarzschild ) 首 先 推 導 出 來 ， 故 名 。 )

假 設 你 的 體 重 是 50 公 斤 ， 若 你 被 壓 縮 成 黑 洞 ， 這 個 黑 洞 的 直 徑 將 會 是
， 比 原 子 要 細 小 得 多 ！

有 了 半 徑 ， 你 便 可 以 很 簡 單 得 出 黑 洞 的 體 積 和 表 面 面 積 。

黑洞
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。

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。

史瓦茲半徑由下面式子給出：



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。


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。


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。


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。


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。

恆星生命期
分子雲|原恆星|主序星|紅矮星|白矮星|黑矮星|紅巨星|超紅巨星|超新星|中子星|黑洞

　　　　　　　　世界上係有黑洞架～白洞都有添～！
黑洞的形成
一個光亮的恆星為什麼會變成黑洞？答案是恆星衰老了。恆星的成份多為氫氣，也就是讓興登堡號這樣的飛船飄浮不墜的輕質物質。氫就是讓恆星發光的燃料。每個恆星的內部都在進行核融合反應，有點像連續引爆氫彈那樣，將氫氣轉化為能量：光與熱。恆星在「燃燒」氫氣時，必得面對一場拉鋸戰：一方面恆星內部的熱壓力會促使恆星擴張，就像把氣球吹大那樣：另一方面，恆星本身重力的拉扯力又促使恆星縮回來。因此恆星在發熱時，這場拉鋸戰是陷於膠著狀態的，恆星的大小也不會起變化。但一旦核反應停止，恆星就得對重力讓步，因而整個崩潰下來，就像氣球洩了氣一樣。

不過恆星年紀一大就開始變冷。由於沒有了熱能，這個老邁的龐然大物無法產生足夠的內部壓力以抵抗重力的收縮，因此開始崩潰並縮小。但恆星雖然在縮小，卻沒有損失任何物質;氫仍舊在，只是被極力壓縮而已。這意味著恆星所有的質量都向中心趨進許多，也就是將重力集中於一個小地方。小型的恆星會縮小成所謂的「白矮星」，與地球大小相當，但已停止核融合的恆星。較大的恆星則在一抹耀眼的華光，所謂的「超新星」爆炸中自我毀滅殆盡，原來的質量幾乎被轟得一點不剩。

但如果恆星的剩餘質量夠大(約達我們的太陽質量的一點四倍)那麼這些僅存的物質可能會變成黑洞。以下圖為例，這個恆星被壓縮到直徑只有一英哩。此時表面上的重力強得連它自己的光都無法逃脫。那個天體還在原地，再也看不到它了。任何接近它的物體都會被吸進去，然後消逝在「黑洞」中。

不同形態的黑洞
在黑洞學的領域裏，科學家認為黑洞在質量的分類只有兩種，一種是太陽的數百萬至數十億倍(supermassive type)另外一種是只有太陽的數倍(stellar type)，可是現在美國太空總署及Carnegie Mellon 大學卻發現了另外一種型態的黑洞，其重量介於一百倍至一萬倍之間，這種新發現的黑洞可能普遍存在於螺旋星系裏，其太小卻比月亮還小，天文學家稱之為中量級(middleweight)黑洞。

天文學家認為其星系中心有一個相當活躍的中量級黑洞，M82曾與M81擦身而過，造成M82內部的星球與星雲擾動，這種不尋常的碰撞可能是造成M82星系中心形成中量級黑洞的原因。

新型態的黑洞是經由X-Ray射線的發現而確認，而X-Ray射線是黑洞附近的物質被吸入黑洞之前所散發出來的最後能量，經由X-Ray望遠鏡的偵測與光譜儀的對照，可以確定黑洞的大小及活躍程度。這種新型態的黑洞很可能是數個輕量級的黑洞聯合而成，這些輕量級的黑洞在M82星系裏有數以百萬計，因不明原因而合併成較大的中型黑洞。

黑洞和時間的關係

依照愛因斯坦的相對論，重力會使時間慢下來。因此當我們接近黑洞的時候，由於受到極強的重力效應，時間確實會緩慢下來，甚至有可能在我們接近到黑洞某個範圍內，當經過一秒鐘時，外界已過了100年。

若把時鐘放在重力微弱的地方(例如地球)是很難(但仍可以辦到)測出重力對時間的影響的。但若把時鐘放在重力強大，如黑洞之處，則立刻可見到重力對時間產生的影響，至於影響之大小又依觀察者位置之不同而有不同。對於掉入黑洞中的太空旅行者而言，重力增大會使他對事物的認知加快;他會覺得他被黑洞吸了進去，一下子就到了「底」。但對位於遠方，不受黑洞影響的觀察者而言，看到的情形與此恰好相反。在他們的眼中，那位不幸的太空人似乎動得很慢，而且好像越接近黑洞，就移動得越緩慢。原因是，根據相對論的預測，黑洞的強大重力會使時間延緩下來，所以那個太空人似乎永遠都還沒掉落到底。在最底下的地方?所有的質量和能量都被濃縮為極小的點?空間消失了，時間也停止了。黑洞內應用於外界的一切物理定律都宣告終止，因此我們無從得知黑洞裡到底是何種光景。

有一位學家〈史瓦西〉算出一個範圍，再範圍之內的時間和各種物理現象都和外面不同，例如：時間較慢、重力較大。因為是史瓦西算出來的，所以稱為史瓦西半徑界面，又稱事像地平面。

事像地平面指的是黑洞內時間與外界是完全不同的狀態由於光被重力所牽引,在黑洞裡的時間一分鐘或許等於外界的數十年好比說妳現在被吸入黑洞內,妳在裡面一分鐘後就會被擠縮壓毀可是或許在幾秒後妳看到了有其他人也被吸入黑洞內,但這其實是數十年後被吸入的...

白洞黑洞作為一個發展終極，必然引致另一個終極，就是白洞。其實膨脹的大爆發宇宙論中，早就碰到了原初火球的奇點問題，這個問題其實一直困擾著科學家們。這個奇點的最大質量與密度和黑洞的奇點是相似的，但他們的活動機制卻恰恰相反。高能量超密物質的發現，顯示黑洞存在的可能，自然也顯示白洞存在的可能。如果宇宙物質按不同的路徑和時間走到終極，那麼也可能按不同的時間和路徑從原始出發，亦即在大爆發之初的大白洞發生後，仍可能出現小爆發小白洞。而且，流入黑洞的物質命運究竟如何呢？是永遠累積在無窮小的奇點中，直到宇宙毀滅，還是在另一個宇宙湧出呢？如果黑洞從有到無，那白洞就應從無到有。６０年代的蘇聯科學家開始提出白洞的概念，科學家做了很多工作，但這概念不像黑洞這麼通行，看來白洞似乎更虛幻了。問題是我們已經對引力場較為熟悉，從恆星、星系演化為黑洞有數理可循，但白洞靠什麼來觸發，目前卻依然茫然無緒。無論如何宇宙至少觸發過一次，所以白洞的研究顯然與宇宙起源的研究更有密切的關係，因而白洞學說通常與宇宙學及結合起來。人們努力的方向不在於黑白洞相對的哲學辯論，而在於它的物理機制問題。從現有狀態去推求終末，總容易些，相反的從現有狀態去探索原始，難免茫無頭緒。

(二)白洞起源：

白洞學說出現已有一段時間，1970年捷爾明便提出它們存於類星體、劇烈活動的星系中的可能性。相對論和宇宙論學者早已明白此學說的可能性，只是這與一般正統的宇宙觀不同，較不易獲得承認。某些理論認為，由於宇宙物體的激烈運動，或者星系一部噴出的高能小物體，它們遵守著克卜勒軌道運動。這是一種高度理想化的推測，亦即一個地方有幾個白洞，在星系核心互相旋轉，偶然噴出滿天星斗。噴出的白洞演化成新星系。而從星系團的照片中可觀察到一系列的星系由物質連接起來。這顯示它們是由一連串劇烈噴射所形成的。照此來說，白洞可能會像阿米巴原蟲一樣分裂生殖，由分裂而形成星系。然而這又和目前的理論相違背。從此看來，就是星系生成也有不同見解。有的天文學家便提出並接受宇宙之初便有不均勻物質的結塊，而其中便包含了白洞。宇宙向最初奇點收縮，星系、星系群都同一動作，這當然和黑洞的奇點相似。宇宙的不同區域，其密度皆不同，收縮時首先在高密度的地方，達到了黑洞的臨界密度，從此消失在事界之後，宇宙不斷收縮，使不斷出現高密奇點。宇宙成為大量黑洞及周圍物質的集合體。然而事實上，宇宙是膨脹而非收縮的，因此它是白洞而不是黑洞。在宇宙整體性源始的大奇點中存在著密度高的小質點，它們隨著膨脹向四面八方擴散，大白洞大量爆發生出小白洞。星系等不均勻物體，正是由它生成的。不均勻物體之所以易和黑洞拉上關係，皆是因為它和膨脹現狀相對稱的宇宙中局部收縮的過程。目前宇宙中黑洞和白洞的存在是並行不悖的，是過程的兩個端點而已。黑洞奇點是物質末期塌縮的終點，白洞物質的奇點是星系的始端。只不過各過程不是時，而是先後交錯的。

(三)白洞的噴發：

有關於白洞的資訊，目前並不多。所以我們對白洞的噴發並不十分了解。白洞的噴口的來歷並不清楚，一如大爆發原因不明。奈里卡在1975年論述了許多使天文學家感覺困擾的問題和白洞的數學連繫，這是相關重要的。在噴發中白洞存在的前提下。外部觀測者可以探測到藍移所致的不同輻射源的頻譜。大爆發的初期狀態所遵循的愛因斯坦宇宙論方程式同樣可施於探索星系規模膨脹系統的未爆核狀態，但奈理卡使用了方程式時結合了過程的物理項。白洞向外爆發的時間極短，這一瞬的過程當然很難說明，但白洞所產生的電磁輻射市可計算的。觀測到的爆炸光譜的最大特徵，是最初以高能輻射為主體，不久就顯示出低能輻射。輻射若是由白洞產生，這現像就很自然了輻射能愈高，藍移也愈大，所以最初可見光也都移到紫外區了。他還計算了銀河系中偶然的小規模爆發現象，說明了銀河內小白洞隨時爆發的可能性。例如短期間活動的銀河內X-ray，劇烈的最高能量最先到達，其後能量下降，整體按幕函數遞減在光譜中顯示出來。這和白洞理論計算是一致的。各X-ray之間，光譜不盡相同，不過這差異可從白洞對自己產生的電磁輻射產生畸變說明。因為白洞內產生的輻射可能有黑體輻射(微波以下噪音)、自由─自由輻射(帶電粒子間相互作用產生)、同步輻射(帶電粒子在強磁中通過而產生)等不同形態。人造衛星偶然觀測到的突發r射線，可以白洞影響說明；宇宙射線背景高能粒子的生成，也可以認定是白洞噴發的物體。

世界上是有黑洞。