what is 黑洞

黑洞的形成
黑洞是由具有極大質量的超巨星在塌陷時所造成的，恆星的核心在本身重量的影響下非常快速的收縮，並釋放出強勁的暴發能量，如果核心物質大的使塌陷無限地繼續下去，便產生了黑洞，在重力巨大的擠壓下，所留下的物質有難以想像的高密度。更詳細一點的說：黑洞是否能形成要取決於「恆星質量與其重力的抗衡程度」，一顆恆星有可能塌陷成白矮星，中子星或黑洞。
質量與太陽相近的黑洞，「平均密度」非常高，每一立方公分有200億噸重。如果地球要變成黑鼕，半徑必須要縮小到4.44公厘以下，這是人類的能力絕對做不到的，但是在自然界中，卻可靠著星球的演化輕而易舉達成。黑洞是星球演化到最後階段時，在宇宙中自然產生的結果。
星球藉著核熔合產生能量，並發出光芒。星球一生絕大部份的過程都在燃燒氫合成氦，接著大多數星球會演化成紅巨星，開始燃燒中心核裡的氦，最後形成最穩定的鐵中心核。之後，星球再也無法製造出足以支撐星球形體的能量，而開始猛烈收縮成超新星。
質量接近太陽的輕星不會演化到形成鐵核中心的階段，在過程中會變成白矮星而冷卻下來。但是質量為太陽三倍以上的重星，就會發生超新星爆炸。果質量在太陽八倍以下，爆炸之後便會煙消雲散。八～三十倍的情況則留下中子。如果是三十倍以上，中心核將無限地持續重力崩潰，直到形成黑洞。黑洞單獨存在時，想要觀測到是很困難的，但若是雙星的一方潰縮成黑洞，便有可能觀測到。

黑洞的種類

不帶電不旋轉Schwarzschild黑洞(史瓦西格黑洞)：
1915年愛因斯坦發表廣義相對論之後，1916年Schwarzschild即從愛因斯坦方程式找到第一個黑洞的解，這是最簡單、最容易理解的黑洞，本文以上所說的就是指Schwarzschild黑洞。它的時空結構僅跟黑洞質量有關。
帶電但不旋轉Reissner-Nordstrom黑洞
1918年發現的解，時空結構與黑洞的質量和電荷都有關。
旋轉但不帶電Kerr黑洞(克爾黑洞)
1963年Kerr發現的解，旋轉的黑洞和不旋轉的黑洞有一點點差異，黑洞除了上述所說的存在一個『一但掉入連光也跑不出來的視界』之外，還存在一個被稱之為靜態極限(Static Limit)的面，靜態極限在視界之外，形狀是赤道部份較胖，自轉軸的兩極與視界面相切，類似一個橢球，自轉愈快則橢球愈長，當黑洞沒有旋轉時，靜態極限和視界兩者是重合的。靜態極限的意思是，在靜態極限面之外的時空區域，只要火箭的動力夠大，就可以使我們相對於遠方恆星是靜止不動的，一但落入靜態極限的面之內，由於黑洞的自轉造成慣性系被強烈的拖曳，則無論我們多努力，也不可能相對於遠處恆星保持靜止。換言之，我們一定被拉著轉。當然，一個人掉進靜態極限面之內但還沒掉進視界之前，還是有機會脫離黑洞的，視界之外和靜態極限面之內的時空區域我們稱之為能層(ergosphere)，能層是什麼？我們後面再講。
會旋轉又帶電Kerr-Newman黑洞

這是黑洞最一般的case，帶有電荷或自轉或兩者兼之的黑洞，引力半徑會比史瓦西格黑洞小一點。
一般認為，宇宙中若真的存在黑洞，那麼它必定是會旋轉的，有自轉或帶電或兩者兼之的黑洞，可以拿來作發電機，當然這目前只是理論而已…
理論表明，不論星球死前是何者面貌，穩定黑洞只能是上述四種中的一種，這就是有名的黑洞無毛定理(There Hair Theory)：黑洞只由質量(Ｍ)、電荷(Ｑ)、角動量(Ｌ)三個參數決定，和其他的物理量無關。
Stephen Hawning新觀念下的黑洞：
黑洞會蒸發、黑洞會輻射出微弱的光、黑洞有溫度、兩個黑洞可以變成一個黑洞，但一個黑洞絕不能被切割成兩個…當然…這都是理論…
what is 黑洞

是因為超新星(boom)咗。

黑洞（Black hole）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：「一個質量如 250 個太陽，而直徑為地球的發光恆星，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，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。

黑洞可經由電子儀器觀查到。

黑洞是由大於太陽質量的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·史瓦茲旭爾得於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值，天體將會發生坍塌，這個半徑就叫做史瓦茲旭爾得半徑。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。



溫度

黑洞越大，溫度越低。


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地確定了，這稱為黑洞的無毛定理，或稱作黑洞的唯一性定理。

黑洞的合併會以光束發射強大的引力波，新的黑洞會因後坐力脫離原本在星系核心的位置。如果速度足夠大，它甚至有可能脫離星系母體。




黑洞分類：

超巨質量黑洞
到目前為止可以在所有已知星系中心發現其蹤跡。
質量據說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。
理論預測，當質量為太陽的 40 倍以上，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
中型黑洞是否真實存在仍然必需存疑。

黑 洞 是 宇 宙 中 最 神 秘 的 物 體 之 一 ， 只 要 提 及 黑 洞 這 個 名 稱 ， 便 會 使 人 聯 想 到 宇 宙 中 強 大 的 力 量 ， 難 怪 它 成 為 科 幻 電 影 常 常 描 寫 的 對 象 。 電 影 中 的 黑 洞 經 常 被 描 寫 為 可 通 往 另 一 宇 宙 的 時 光 隧 道 ， 又 或 者 像 一 個 宇 宙 吸 塵 機 * 般 ， 可 將 遠 近 任 何 物 體 吸 入 其 中 的 危 險 地 帶 。 本 文 主 要 討 論 有 關 黑 洞 的 基 本 理 論 ， 以 及 黑 洞 研 究 的 新 發 展 。

黑 洞 的 理 論 建 基 於 萬 有 引 力 定 律 。 萬 有 引 力 是 我 們 最 為 熟 悉 的 一 種 作 用 力 ， 這 種 力 使 我 們 緊 貼 在 地 上 ， 同 時 使 地 球 環 繞 太 陽 運 行 。 愛 因 斯 坦 的 相 對 論 提 出 ， 質 量 和 能 量 決 定 時 空 的 幾 何 形 狀 ， 而 時 空 的 彎 曲 率 則 以 引 力 的 形 式 表 達 出 來 。

黑 洞 是 擁 有 強 大 引 力 的 物 體 ， 引 力 之 大 即 使 是 宇 宙 中 速 度 最 高 的 光 線 也 不 能 逃 離 黑 洞 ； 亦 因 如 此 約 翰 ‧ 威 拿 於 1971 年 將 這 種 物 體 命 名 為 黑 洞 。 如 有 一 個 黑 洞 ， 它 的 質 量 跟 太 陽 的 質 量 相 同 ， 那 黑 洞 的 半 徑 只 有 約 3 千 米 （ 即 太 陽 半 徑 的 0.0004％ ） 。

黑 洞 漆 黑 不 可 見 ， 那 我 們 怎 樣 能 知 道 它 的 存 在 呢 ？ 科 學 家 們 可 以 間 接 從 黑 洞 對 鄰 近 的 星 際 氣 體 及 塵 埃 的 影 響 來 找 到 它 。

當 任 何 物 體 墮 進 或 被 吸 入 黑 洞 時 ， 都 會 被 黑 洞 吸 積 入 內 ， 形 成 黑 洞 外 的 吸 積 盤 繞 著 黑 洞 運 行 。 這 運 行 中 吸 積 物 的 潮 汐 力 將 動 能 轉 為 熱 能 ， 使 溫 度 提 高 ， 甚 至 可 達 數 百 萬 度 。 我 們 可 藉 著 測 量 X - 射 線 的 強 度 及 變 化 ， 從 而 探 測 黑 洞 的 存 在 。

天 文 學 家 普 遍 認 為 黑 洞 分 為 兩 大 類 。 第 一 類 稱 為 恒 星 質 量 黑 洞 ， 這 類 黑 洞 的 質 量 與 太 陽 質 量 的 量 級 相 若 ， 它 們 都 是 巨 大 恒 星 演 化 後 的 最 終 物 。 少 於 8 個 太 陽 質 量 的 星 如 太 陽 ， 最 終 會 演 化 為 一 顆 寒 冷 、 細 小 的 白 矮 星 。 一 些 質 量 大 於 8 個 太 陽 質 量 但 少 於 25 個 太 陽 質 量 的 恒 星 在 超 新 星 爆 發 後 會 成 為 中 子 星 ， 而 質 量 大 於 25 個 太 陽 質 量 的 恒 星 最 終 會 演 化 成 黑 洞 。

第 二 類 黑 洞 稱 為 超 級 黑 洞 ， 它 們 位 於 星 系 中 心 ， 這 類 黑 洞 的 質 量 由 數 百 萬 至 數 十 億 太 陽 質 量 不 等 。 這 類 黑 洞 多 存 在 於 宇 宙 中 遙 遠 的 地 方 ( 即 宇 宙 的 早 期 ) ， 在 那 時 ， 恒 星 和 星 系 之 間 相 互 作 用 明 顯 較 多 ， 尤 其 在 星 系 核 心 附 近 ； 我 們 就 是 藉 著 研 究 活 躍 星 系 核 的 動 態 來 探 測 這 類 黑 洞 的 存 在 。

雖 然 科 學 家 在 黑 洞 研 究 中 取 得 進 展 ， 但 不 少 問 題 仍 有 待 解 決 。 是 否 在 所 有 星 系 - 包 括 銀 河 系 - 的 中 心 都 存 在 黑 洞 呢 ？ 在 大 爆 炸 後 ， 密 度 極 高 的 碎 片 能 否 形 成 黑 洞 呢 ？ 第 三 類 黑 洞 - 中 型 黑 洞 ， 又 是 否 存 在 呢 ？ 近 期 超 級 電 腦 分 析 錢 德 拉 Ｘ 射 線 天 文 台 的 數 據 ， 顯 示 中 型 黑 洞 極 有 可 能 存 在 ； 然 而 我 們 可 以 更 直 接 觀 測 這 類 黑 洞 的 存 在 嗎 ？ 未 來 數 年 ， 一 系 列 新 的 天 文 衛 星 將 會 投 入 服 務， 屆 時 可 對 這 些 神 秘 的 物 體 - 黑 洞 有 著 更 多 的 認 識 。

黑洞（Black hole）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：「一個質量如 250 個太陽，而直徑為地球的發光恆星，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，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。

黑洞可經由電子儀器觀查到。

黑洞是由大於太陽質量的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·史瓦茲旭爾得於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值，天體將會發生坍塌，這個半徑就叫做史瓦茲旭爾得半徑。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。


溫度

黑洞越大，溫度越低。


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地確定了，這稱為黑洞的無毛定理，或稱作黑洞的唯一性定理。

黑洞的合併會以光束發射強大的引力波，新的黑洞會因後坐力脫離原本在星系核心的位置。如果速度足夠大，它甚至有可能脫離星系母體。






黑洞分類：

超巨質量黑洞
到目前為止可以在所有已知星系中心發現其蹤跡。
質量據說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。
理論預測，當質量為太陽的 40 倍以上，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
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。

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，是一個重力極大的天體。視界內任何物質都不能從裡面跑來，甚至是光都不例外，所以是一顆渿黑的天體，因而得名為黑洞。因為無法從可見光這途徑看到黑洞，所以只能以被黑洞吸引掉落其上的物質所釋放的輻射來確定它們的存在。
黑洞


黑洞的形成
當一顆質量相當大的星體的核能耗盡後（巨大的恆星：質量是太陽質量的八倍以上）死亡時，恆星的殘骸可能會形成黑洞。而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸，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。若其中子星的總質量大於三倍太陽的質量，那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力，星體將塌縮至它的重力半徑範圍之內。這時，引力之大足以使一切粒子，都被引回星體本身，不能逃脫。


黑洞的界限
當一個黑洞形成後，塌縮還會進行下去，所有物質會無可避免，所有質量將集中在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。重力龐大得連光線也逃不出去，這個連光線也逃不出去的面，稱為事相面。光線和任何物質都只能從事相面外部進入其內部，而無法從裡邊逸出。這個事相面的裡邊就是黑洞。


探索的黑洞
黑洞不發光，所以是不可能用天文望遠鏡規測得到的。但根據理論，當周圍的物質被吸引時，就會透露出黑洞的存在。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。當吸積環的物質被吸入黑洞時，因摩擦而引起高溫，而放出Ｘ光線。於是我們就能將重點放於Ｘ射線密近雙星上。