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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。根據牛頓普適重力定理,由於黑洞的第一宇宙速度過大,連光也逃逸不出來,故名為黑洞。
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,但是黑洞也不會像其他不會發光的物體一樣呈現出黑色,黑洞的引力可以讓它身後的光線繞到它前面呈現,讓你以為它是透明的。天文學家可藉觀察黑洞周圍物質被吸引時的情況下,找出黑洞位置。
黑洞可以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。
愛因斯坦的廣義相對論預測有黑洞解。其中最簡單的球對稱解為史瓦西度量。這是由卡爾·史瓦西於1915年發現的愛因斯坦方程的解。
根據史瓦西解,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西半徑。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。因為相對論指出在任何慣性座標中,物質的速率都不可能超越真空中的光速,在史瓦西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)。由於在史瓦西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絕對「黑」的。
史瓦西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,其史瓦西半徑僅有9毫米。
黑洞越大,溫度越低。
目前公認的理論認為,黑洞只有三個物理量可以測量到: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。但是這個定理卻只是限制了古典理論,沒有否認可能有其他量子荷的存在,所以黑洞可以和大域單極或是宇宙弦共同存在,而帶有大域量子荷。
黑洞的合併會以光束發射強大的引力波,新的黑洞會因後座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。
分類方法一:
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至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存疑。
分類方法二:根據黑洞本身的物理特性(質量、電荷、角動量):
不旋轉不帶電荷的黑洞。它的時空結構於1916年由施瓦西求出稱施瓦西黑洞。
不旋轉帶電黑洞,稱R-N黑洞。時空結構於1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出。
旋轉不帶電黑洞,稱克爾黑洞。時空結構由克爾於1963年求出。
一般黑洞,稱克爾-紐曼黑洞。時空結構於1965年由紐曼求出。
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。
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。
IF黑洞遇上黑洞,結果可能會走5翻出來(我古)