“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來。
根據(jù)廣義相對論，引力場將使時空彎曲。當(dāng)恒星的體積很大時，它的引力場對時空幾乎沒什么影響，從恒星表面上某一點(diǎn)發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小，它對周圍的時空彎曲作用就越大，朝某些角度發(fā)出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。
等恒星的半徑小到一特定值（天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”）時，就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時，恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，“似乎”就再不能逃出。實(shí)際上黑洞真正是“隱形”的，等一會兒我們會講到。
那么，黑洞是怎樣形成的呢？其實(shí)，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來的。
我們曾經(jīng)比較詳細(xì)地介紹了白矮星和中子星形成的過程。當(dāng)一顆恒星衰老時，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料（氫），由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。
質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽的質(zhì)量。如果超過了這個值，那么將再沒有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。
這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個體積趨于零、密度趨向無限大的“點(diǎn)”。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。
與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據(jù)廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來的方向。
在地球上，由于引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的側(cè)面、甚至后背！

黑洞這一術(shù)語是不久以前才出現(xiàn)的。它是1969年美國科學(xué)家約翰·惠勒為形象描述至少可回溯到200年前的這個思想時所杜撰的名字。那時候，共有兩種光理論：一種是牛頓贊成的光的微粒說；另一種是光的波動說。我們現(xiàn)在知道，實(shí)際上這兩者都是正確的。由于量子力學(xué)的波粒二象性，光既可認(rèn)為是波，也可認(rèn)為是粒子。在光的波動說中，不清楚光對引力如何響應(yīng)。但是如果光是由粒子組成的，人們可以預(yù)料，它們正如同炮彈、火箭和行星那樣受引力的影響。起先人們以為，光粒子無限快地運(yùn)動，所以引力不可能使之慢下來，但是羅麥關(guān)于光速度有限的發(fā)現(xiàn)表明引力對之可有重要效應(yīng)。

1783年，劍橋的學(xué)監(jiān)約翰·米歇爾在這個假定的基礎(chǔ)上，在《倫敦皇家學(xué)會哲學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇文章。他指出，一個質(zhì)量足夠大并足夠緊致的恒星會有如此強(qiáng)大的引力場，以致于連光線都不能逃逸——任何從恒星表面發(fā)出的光，還沒到達(dá)遠(yuǎn)處即會被恒星的引力吸引回來。米歇爾暗示，可能存在大量這樣的恒星，雖然會由于從它們那里發(fā)出的光不會到達(dá)我們這兒而使我們不能看到它們，但我們?nèi)匀豢梢愿械剿鼈兊囊Φ奈饔谩＿@正是我們現(xiàn)在稱為黑洞的物體。它是名符其實(shí)的——在空間中的黑的空洞。幾年之后，法國科學(xué)家拉普拉斯侯爵顯然獨(dú)自提出和米歇爾類似的觀念。非常有趣的是，拉普拉斯只將此觀點(diǎn)納入他的《世界系統(tǒng)》一書的第一版和第二版中，而在以后的版本中將其刪去，可能他認(rèn)為這是一個愚蠢的觀念。（此外，光的微粒說在19世紀(jì)變得不時髦了；似乎一切都可以以波動理論來解釋，而按照波動理論，不清楚光究竟是否受到引力的影響。）

事實(shí)上，因?yàn)楣馑偈枪潭ǖ模裕谂ｎD引力論中將光類似炮彈那樣處理實(shí)在很不協(xié)調(diào)。（從地面發(fā)射上天的炮彈由于引力而減速，最后停止上升并折回地面；然而，一個光子必須以不變的速度繼續(xù)向上，那么牛頓引力對于光如何發(fā)生影響呢？）直到1915年愛因斯坦提出廣義相對論之前，一直沒有關(guān)于引力如何影響光的協(xié)調(diào)的理論。甚至又過了很長時間，這個理論對大質(zhì)量恒星的含意才被理解。

為了理解黑洞是如何形成的，我們首先需要理解一個恒星的生命周期。起初，大量的氣體（大部分為氫）受自身的引力吸引，而開始向自身坍縮而形成恒星。當(dāng)它收縮時，氣體原子相互越來越頻繁地以越來越大的速度碰撞——?dú)怏w的溫度上升。最后，氣體變得如此之熱，以至于當(dāng)氫原子碰撞時，它們不再彈開而是聚合形成氦。如同一個受控氫彈爆炸，反應(yīng)中釋放出來的熱使得恒星發(fā)光。這增添的熱又使氣體的壓力升高，直到它足以平衡引力的吸引，這時氣體停止收縮。這有一點(diǎn)像氣球——內(nèi)部氣壓試圖使氣球膨脹，橡皮的張力試圖使氣球縮小，它們之間存在一個平衡。從核反應(yīng)發(fā)出的熱和引力吸引的平衡，使恒星在很長時間內(nèi)維持這種平衡。然而，最終恒星會耗盡了它的氫和其他核燃料。貌似大謬，其實(shí)不然的是，恒星初始的燃料越多，它則燃盡得越快。這是因?yàn)楹阈堑馁|(zhì)量越大，它就必須越熱才足以抵抗引力。而它越熱，它的燃料就被用得越快。我們的太陽大概足夠再燃燒50多億年，但是質(zhì)量更大的恒星可以在1億年這么短的時間內(nèi)用盡其燃料，這個時間尺度比宇宙的年齡短得多了。當(dāng)恒星耗盡了燃料，它開始變冷并開始收縮。隨后發(fā)生的情況只有等到本世紀(jì)20年代末才初次被人們理解。

1928年，一位印度研究生——薩拉瑪尼安·強(qiáng)德拉塞卡——乘船來英國劍橋跟英國天文學(xué)家阿瑟·愛丁頓爵士（一位廣義相對論家）學(xué)習(xí)。（據(jù)記載，在本世紀(jì)20年代初有一位記者告訴愛丁頓，說他聽說世界上只有三個人能理解廣義相對論，愛丁頓停了一下，然后回答：“我正在想這第三個人是誰？”。）在他從印度來英的旅途中，強(qiáng)德拉塞卡算出在耗盡所有燃料之后，多大的恒星可以繼續(xù)對抗自己的引力而維持自己。這個思想是說：當(dāng)恒星變小時，物質(zhì)粒子靠得非常近，而按照泡利不相容原理，它們必須有非常不同的速度。這使得它們互相散開并企圖使恒星膨脹。一顆恒星可因引力作用和不相容原理引起的排斥力達(dá)到平衡而保持其半徑不變，正如在它的生命的早期引力被熱所平衡一樣。

然而，強(qiáng)德拉塞卡意識到，不相容原理所能提供的排斥力有一個極限。恒星中的粒子的最大速度差被相對論限制為光速。這意味著，恒星變得足夠緊致之時，由不相容原理引起的排斥力就會比引力的作用小。強(qiáng)德拉塞卡計(jì)算出；一個大約為太陽質(zhì)量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。（這質(zhì)量現(xiàn)在稱為強(qiáng)德拉塞卡極限。）蘇聯(lián)科學(xué)家列夫·達(dá)維多維奇·蘭道幾乎在同時也得到了類似的發(fā)現(xiàn)。

這對大質(zhì)量恒星的最終歸宿具有重大的意義。如果一顆恒星的質(zhì)量比強(qiáng)德拉塞卡極限小，它最后會停止收縮并終于變成一顆半徑為幾千英里和密度為每立方英寸幾百噸的“白矮星”。白矮星是它物質(zhì)中電子之間的不相容原理排斥力所支持的。我們觀察到大量這樣的白矮星。第一顆被觀察到的是繞著夜空中最亮的恒星——天狼星轉(zhuǎn)動的那一顆。

蘭道指出，對于恒星還存在另一可能的終態(tài)。其極限質(zhì)量大約也為太陽質(zhì)量的一倍或二倍，但是其體積甚至比白矮星還小得多。這些恒星是由中子和質(zhì)子之間，而不是電子之間的不相容原理排斥力所支持。所以它們被叫做中子星。它們的半徑只有10英里左右，密度為每立方英寸幾億噸。在中子星被第一次預(yù)言時，并沒有任何方法去觀察它。實(shí)際上，很久以后它們才被觀察到。

另一方面，質(zhì)量比強(qiáng)德拉塞卡極限還大的恒星在耗盡其燃料時，會出現(xiàn)一個很大的問題：在某種情形下，它們會爆炸或拋出足夠的物質(zhì)，使自己的質(zhì)量減少到極限之下，以避免災(zāi)難性的引力坍縮。但是很難令人相信，不管恒星有多大，這總會發(fā)生。怎么知道它必須損失重量呢？即使每個恒星都設(shè)法失去足夠多的重量以避免坍縮，如果你把更多的質(zhì)量加在白矮星或中子星上，使之超過極限將會發(fā)生什么？它會坍縮到無限密度嗎？愛丁頓為此感到震驚，他拒絕相信強(qiáng)德拉塞卡的結(jié)果。愛丁頓認(rèn)為，一顆恒星不可能坍縮成一點(diǎn)。這是大多數(shù)科學(xué)家的觀點(diǎn)：愛因斯坦自己寫了一篇論文，宣布恒星的體積不會收縮為零。其他科學(xué)家，尤其是他以前的老師、恒星結(jié)構(gòu)的主要權(quán)威——愛丁頓的敵意使強(qiáng)德拉塞卡拋棄了這方面的工作，轉(zhuǎn)去研究諸如恒星團(tuán)運(yùn)動等其他天文學(xué)問題。然而，他獲得1983年諾貝爾獎，至少部分原因在于他早年所做的關(guān)于冷恒星的質(zhì)量極限的工作。

強(qiáng)德拉塞卡指出，不相容原理不能夠阻止質(zhì)量大于強(qiáng)德拉塞卡極限的恒星發(fā)生坍縮。但是，根據(jù)廣義相對論，這樣的恒星會發(fā)生什么情況呢？這個問題被一位年輕的美國人羅伯特·奧本海默于1939年首次解決。然而，他所獲得的結(jié)果表明，用當(dāng)時的望遠(yuǎn)鏡去觀察不會再有任何結(jié)果。以后，因第二次世界大戰(zhàn)的干擾，奧本海默本人非常密切地卷入到原子彈計(jì)劃中去。戰(zhàn)后，由于大部分科學(xué)家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去，因而引力坍縮的問題被大部分人忘記了。但在本世紀(jì)60年代，現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用使得天文觀測范圍和數(shù)量大大增加，重新激起人們對天文學(xué)和宇宙學(xué)的大尺度問題的興趣。奧本海默的工作被重新發(fā)現(xiàn)，并被一些人推廣。

現(xiàn)在，我們從奧本海默的工作中得到一幅這樣的圖象：恒星的引力場改變了光線的路徑，使之和原先沒有恒星情況下的路徑不一樣。光錐是表示光線從其頂端發(fā)出后在空間——時間里傳播的軌道。光錐在恒星表面附近稍微向內(nèi)偏折，在日食時觀察遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線，可以看到這種偏折現(xiàn)象。當(dāng)該恒星收縮時，其表面的引力場變得很強(qiáng)，光線向內(nèi)偏折得更多，從而使得光線從恒星逃逸變得更為困難。對于在遠(yuǎn)處的觀察者而言，光線變得更黯淡更紅。最后，當(dāng)這恒星收縮到某一臨界半徑時，表面的引力場變得如此之強(qiáng)，使得光錐向內(nèi)偏折得這么多，以至于光線再也逃逸不出去（圖6.1）。根據(jù)相對論，沒有東西會走得比光還快。這樣，如果光都逃逸不出來，其他東西更不可能逃逸，都會被引力拉回去。也就是說，存在一個事件的集合或空間——時間區(qū)域，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者。現(xiàn)在我們將這區(qū)域稱作黑洞，將其邊界稱作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。

圖6.1

當(dāng)你觀察一個恒星坍縮并形成黑洞時，為了理解你所看到的情況，切記在相對論中沒有絕對時間。每個觀測者都有自己的時間測量。由于恒星的引力場，在恒星上某人的時間將和在遠(yuǎn)處某人的時間不同。假定在坍縮星表面有一無畏的航天員和恒星一起向內(nèi)坍縮，按照他的表，每一秒鐘發(fā)一信號到一個繞著該恒星轉(zhuǎn)動的空間飛船上去。在他的表的某一時刻，譬如11點(diǎn)鐘，恒星剛好收縮到它的臨界半徑，此時引力場強(qiáng)到?jīng)]有任何東西可以逃逸出去，他的信號再也不能傳到空間飛船了。當(dāng)11點(diǎn)到達(dá)時，他在空間飛船中的伙伴發(fā)現(xiàn)，航天員發(fā)來的一串信號的時間間隔越變越長。但是這個效應(yīng)在10點(diǎn)59分59秒之前是非常微小的。在收到10點(diǎn)59分58秒和10點(diǎn)59分59秒發(fā)出的兩個信號之間，他們只需等待比一秒鐘稍長一點(diǎn)的時間，然而他們必須為11點(diǎn)發(fā)出的信號等待無限長的時間。按照航天員的手表，光波是在10點(diǎn)59分59秒和11點(diǎn)之間由恒星表面發(fā)出；從空間飛船上看，那光波被散開到無限長的時間間隔里。在空間飛船上收到這一串光波的時間間隔變得越來越長，所以恒星來的光顯得越來越紅、越來越淡，最后，該恒星變得如此之朦朧，以至于從空間飛船上再也看不見它，所余下的只是空間中的一個黑洞。然而，此恒星繼續(xù)以同樣的引力作用到空間飛船上，使飛船繼續(xù)繞著所形成的黑洞旋轉(zhuǎn)。

但是由于以下的問題，使得上述情景不是完全現(xiàn)實(shí)的。你離開恒星越遠(yuǎn)則引力越弱，所以作用在這位無畏的航天員腳上的引力總比作用到他頭上的大。在恒星還未收縮到臨界半徑而形成事件視界之前，這力的差就已經(jīng)將我們的航天員拉成意大利面條那樣，甚至將他撕裂！然而，我們相信，在宇宙中存在質(zhì)量大得多的天體，譬如星系的中心區(qū)域，它們遭受到引力坍縮而產(chǎn)生黑洞；一位在這樣的物體上面的航天員在黑洞形成之前不會被撕開。事實(shí)上，當(dāng)他到達(dá)臨界半徑時，不會有任何異樣的感覺，甚至在通過永不回返的那一點(diǎn)時，都沒注意到。但是，隨著這區(qū)域繼續(xù)坍縮，只要在幾個鐘頭之內(nèi)，作用到他頭上和腳上的引力之差會變得如此之大，以至于再將其撕裂。

羅杰·彭羅斯和我在1965年和1970年之間的研究指出，根據(jù)廣義相對論，在黑洞中必然存在無限大密度和空間——時間曲率的奇點(diǎn)。這和時間開端時的大爆炸相當(dāng)類似，只不過它是一個坍縮物體和航天員的時間終點(diǎn)而已。在此奇點(diǎn)，科學(xué)定律和我們預(yù)言將來的能力都失效了。然而，任何留在黑洞之外的觀察者，將不會受到可預(yù)見性失效的影響，因?yàn)閺钠纥c(diǎn)出發(fā)的不管是光還是任何其他信號都不能到達(dá)他那兒。這令人驚奇的事實(shí)導(dǎo)致羅杰·彭羅斯提出了宇宙監(jiān)督猜測，它可以被意譯為：“上帝憎惡裸奇點(diǎn)。”換言之，由引力坍縮所產(chǎn)生的奇點(diǎn)只能發(fā)生在像黑洞這樣的地方，在那兒它被事件視界體面地遮住而不被外界看見。嚴(yán)格地講，這是所謂弱的宇宙監(jiān)督猜測：它使留在黑洞外面的觀察者不致受到發(fā)生在奇點(diǎn)處的可預(yù)見性失效的影響，但它對那位不幸落到黑洞里的可憐的航天員卻是愛莫能助。

廣義相對論方程存在一些解，這些解使得我們的航天員可能看到裸奇點(diǎn)。他也許能避免撞到奇點(diǎn)上去，而穿過一個“蟲洞”來到宇宙的另一區(qū)域。看來這給空間——時間內(nèi)的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是，所有這些解似乎都是非常不穩(wěn)定的；最小的干擾，譬如一個航天員的存在就會使之改變，以至于他還沒能看到此奇點(diǎn)，就撞上去而結(jié)束了他的時間。換言之，奇點(diǎn)總是發(fā)生在他的將來，而從不會在過去。強(qiáng)的宇宙監(jiān)督猜測是說，在一個現(xiàn)實(shí)的解里，奇點(diǎn)總是或者整個存在于將來（如引力坍縮的奇點(diǎn)），或者整個存在于過去（如大爆炸）。因?yàn)樵诮咏闫纥c(diǎn)處可能旅行到過去，所以宇宙監(jiān)督猜測的某種形式的成立是大有希望的。這對科學(xué)幻想作家而言是不錯的，它表明沒有任何一個人的生命曾經(jīng)平安無事：有人可以回到過去，在你投胎之前殺死你的父親或母親！

事件視界，也就是空間——時間中不可逃逸區(qū)域的邊界，正如同圍繞著黑洞的單向膜：物體，譬如不謹(jǐn)慎的航天員，能通過事件視界落到黑洞里去，但是沒有任何東西可以通過事件視界而逃離黑洞。（記住事件視界是企圖逃離黑洞的光的空間——時間軌道，沒有任何東西可以比光運(yùn)動得更快。）人們可以將詩人但丁針對地獄入口所說的話恰到好處地用于事件視界：“從這兒進(jìn)去的人必須拋棄一切希望。”任何東西或任何人一旦進(jìn)入事件視界，就會很快地到達(dá)無限致密的區(qū)域和時間的終點(diǎn)。

廣義相對論預(yù)言，運(yùn)動的重物會導(dǎo)致引力波的輻射，那是以光的速度傳播的空間——時間曲率的漣漪。引力波和電磁場的漣漪光波相類似，但是要探測到它則困難得多。就像光一樣，它帶走了發(fā)射它們的物體的能量。因?yàn)槿魏芜\(yùn)動中的能量都會被引力波的輻射所帶走，所以可以預(yù)料，一個大質(zhì)量物體的系統(tǒng)最終會趨向于一種不變的狀態(tài)。（這和扔一塊軟木到水中的情況相當(dāng)類似，起先翻上翻下折騰了好一陣，但是當(dāng)漣漪將其能量帶走，就使它最終平靜下來。）例如，繞著太陽公轉(zhuǎn)的地球即產(chǎn)生引力波。其能量損失的效應(yīng)將改變地球的軌道，使之逐漸越來越接近太陽，最后撞到太陽上，以這種方式歸于最終不變的狀態(tài)。在地球和太陽的情形下能量損失率非常小——大約只能點(diǎn)燃一個小電熱器，這意味著要用大約1干億億億年地球才會和太陽相撞，沒有必要立即去為之擔(dān)憂！地球軌道改變的過程極其緩慢，以至于根本觀測不到。但幾年以前，在稱為PSR1913+16（PSR表示“脈沖星”，一種特別的發(fā)射出無線電波規(guī)則脈沖的中子星）的系統(tǒng)中觀測到這一效應(yīng)。此系統(tǒng)包含兩個互相圍繞著運(yùn)動的中子星，由于引力波輻射，它們的能量損失，使之相互以螺旋線軌道靠近。J·H·泰勒和R·A·荷爾西由于對廣義相對論的這一證實(shí)，而獲得1993年的諾貝爾獎。大約3億年后它們將會碰撞。它們在碰撞之前，將會公轉(zhuǎn)得這么快速，甚至像LIGO這樣的檢測器卻能接收到它們射出的引力波。

在恒星引力坍縮形成黑洞時，運(yùn)動會更快得多，這樣能量被帶走的速率就高得多。所以不用太長的時間就會達(dá)到不變的狀態(tài)。這最終的狀態(tài)將會是怎樣的呢？人們會以為它將依賴于形成黑洞的恒星的所有的復(fù)雜特征——不僅僅它的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動速度，而且恒星不同部分的不同密度以及恒星內(nèi)氣體的復(fù)雜運(yùn)動。如果黑洞就像坍縮形成它們的原先物體那樣變化多端，一般來講，對之作任何預(yù)言都將是非常困難的。

然而，加拿大科學(xué)家外奈·伊斯雷爾（他生于柏林，在南非長大，在愛爾蘭得到博士）在1967年使黑洞研究發(fā)生了徹底的改變。他指出，根據(jù)廣義相對論，非旋轉(zhuǎn)的黑洞必須是非常簡單、完美的球形；其大小只依賴于它們的質(zhì)量，并且任何兩個這樣的同質(zhì)量的黑洞必須是等同的。事實(shí)上，它們可以用愛因斯坦的特解來描述，這個解是在廣義相對論發(fā)現(xiàn)后不久的1917年卡爾·施瓦茲席爾德找到的。一開始，許多人（其中包括伊斯雷爾自己）認(rèn)為，既然黑洞必須是完美的球形，一個黑洞只能由一個完美球形物體坍縮而形成。所以，任何實(shí)際的恒星——從來都不是完美的球形——只會坍縮形成一個裸奇點(diǎn)。

然而，對于伊斯雷爾的結(jié)果，一些人，特別是羅杰·彭羅斯和約翰·惠勒提倡一種不同的解釋。他們論證道，牽涉恒星坍縮的快速運(yùn)動表明，其釋放出來的引力波使之越來越近于球形，到它終于靜態(tài)時，就變成準(zhǔn)確的球形。按照這種觀點(diǎn)，任何非旋轉(zhuǎn)恒星，不管其形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，在引力坍縮之后都將終結(jié)于一個完美的球形黑洞，其大小只依賴于它的質(zhì)量。這種觀點(diǎn)得到進(jìn)一步的計(jì)算支持，并且很快就為大家所接受。

伊斯雷爾的結(jié)果只處理了由非旋轉(zhuǎn)物體形成的黑洞。1963年，新西蘭人羅伊·克爾找到了廣義相對論方程的描述旋轉(zhuǎn)黑洞的一族解。這些“克爾”黑洞以恒常速度旋轉(zhuǎn)，其大小與形狀只依賴于它們的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)的速度。如果旋轉(zhuǎn)為零，黑洞就是完美的球形，這解就和施瓦茲席爾德解一樣。如果有旋轉(zhuǎn)，黑洞的赤道附近就鼓出去（正如地球或太陽由于旋轉(zhuǎn)而鼓出去一樣），而旋轉(zhuǎn)得越快則鼓得越多。由此人們猜測，如將伊斯雷爾的結(jié)果推廣到包括旋轉(zhuǎn)體的情形，則任何旋轉(zhuǎn)物體坍縮形成黑洞后，將最后終結(jié)于由克爾解描述的一個靜態(tài)。

1970年，我在劍橋的一位同事和研究生同學(xué)布蘭登·卡特為證明此猜測跨出了第一步。他指出，假定一個穩(wěn)態(tài)的旋轉(zhuǎn)黑洞，正如一個自旋的陀螺那樣，有一個對稱軸，則它的大小和形狀，只由它的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度所決定。然后我在1971年證明了，任何穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)黑洞確實(shí)有這樣的一個對稱軸。最后，在國王學(xué)院任教的大衛(wèi)·羅賓遜利用卡特和我的結(jié)果證明了這猜測是對的：這樣的黑洞確實(shí)必須是克爾解。所以在引力坍縮之后，一個黑洞必須最終演變成一種能夠旋轉(zhuǎn)、但是不能搏動的態(tài)。并且它的大小和形狀，只決定于它的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度，而與坍縮成為黑洞的原先物體的性質(zhì)無關(guān)。此結(jié)果以這樣的一句諺語表達(dá)而成為眾所周知：“黑洞沒有毛。”“無毛”定理具有巨大的實(shí)際重要性，因?yàn)樗鼧O大地限制了黑洞的可能類型。所以，人們可以制造可能包含黑洞的物體的具體模型，再將此模型的預(yù)言和觀測相比較。因?yàn)樵诤诙葱纬芍螅覀兯軠y量的只是有關(guān)坍縮物體的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度，所以“無毛”定理還意味著，有關(guān)這物體的非常大量的信息，在黑洞形成時損失了。下一章 我們將會看到它的意義。

黑洞是科學(xué)史上極為罕見的情形之一，在沒有任何觀測到的證據(jù)證明其理論是正確的情形下，作為數(shù)學(xué)的模型被發(fā)展到非常詳盡的地步。的確，這經(jīng)常是反對黑洞的主要論據(jù)：你怎么能相信一個其依據(jù)只是基于令人懷疑的廣義相對論的計(jì)算的對象呢？然而，1963年，加利福尼亞的帕羅瑪天文臺的天文學(xué)家馬丁·施密特測量了在稱為3C273（即是劍橋射電源編目第三類的273號）射電源方向的一個黯淡的類星體的紅移。他發(fā)現(xiàn)引力場不可能引起這么大的紅移——如果它是引力紅移，這類星體必須具有如此大的質(zhì)量，并離我們?nèi)绱酥灾劣跁蓴_太陽系中的行星軌道。這暗示此紅移是由宇宙的膨脹引起的，進(jìn)而表明此物體離我們非常遠(yuǎn)。由于在這么遠(yuǎn)的距離還能被觀察到，它必須非常亮，也就是必須輻射出大量的能量。人們會想到，產(chǎn)生這么大量能量的唯一機(jī)制看來不僅僅是一個恒星，而是一個星系的整個中心區(qū)域的引力坍縮。人們還發(fā)現(xiàn)了許多其他類星體，它們都有很大的紅移。但是它們都離開我們太遠(yuǎn)了，所以對之進(jìn)行觀察太困難，以至于不能給黑洞提供結(jié)論性的證據(jù)。

1967年，劍橋的一位研究生約瑟琳·貝爾發(fā)現(xiàn)了天空發(fā)射出無線電波的規(guī)則脈沖的物體，這對黑洞的存在的預(yù)言帶來了進(jìn)一步的鼓舞。起初貝爾和她的導(dǎo)師安東尼·赫維許以為，他們可能和我們星系中的外星文明進(jìn)行了接觸！我的確記得在宣布他們發(fā)現(xiàn)的討論會上，他們將這四個最早發(fā)現(xiàn)的源稱為LGM1－LGM4，LGM表示“小綠人”（“Little Green Man”）的意思。然而，最終他們和所有其他人都得到了不太浪漫的結(jié)論，這些被稱為脈沖星的物體，事實(shí)上是旋轉(zhuǎn)的中子星，這些中子星由于它們的磁場和周圍物質(zhì)復(fù)雜的相互作用，而發(fā)出無線電波的脈沖。這對于寫空間探險(xiǎn)的作者而言是個壞消息，但對于我們這些當(dāng)時相信黑洞的少數(shù)人來說，是非常大的希望——這是第一個中子星存在的證據(jù)。中子星的半徑大約10英里，只是恒星變成黑洞的臨界半徑的幾倍。如果一顆恒星能坍縮到這么小的尺度，預(yù)料其他恒星會坍縮到更小的尺度而成為黑洞，就是理所當(dāng)然的了。

按照黑洞定義，它不能發(fā)出光，我們何以希望能檢測到它呢？這有點(diǎn)像在煤庫里找黑貓。慶幸的是，有一種辦法。正如約翰·米歇爾在他1783年的先驅(qū)性論文中指出的，黑洞仍然將它的引力作用到它周圍的物體上。天文學(xué)家觀測了許多系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，兩顆恒星由于相互之間的引力吸引而互相圍繞著運(yùn)動。他們還看到了，其中只有一顆可見的恒星繞著另一顆看不見的伴星運(yùn)動的系統(tǒng)。人們當(dāng)然不能立即得出結(jié)論說，這伴星即為黑洞——它可能僅僅是一顆太暗以至于看不見的恒星而已。然而，有些這種系統(tǒng)，例如叫做天鵝X－1（圖6.2）的，也剛好是一個強(qiáng)的X 射線源。對這現(xiàn)象的最好解釋是，物質(zhì)從可見星的表面被吹起來，當(dāng)它落向不可見的伴星之時，發(fā)展成螺旋狀的軌道（這和水從浴缸流出很相似），并且變得非常熱而發(fā)出X射線（圖6.3）。為了使這機(jī)制起作用，不可見物體必須非常小，像白矮星、中子星或黑洞那樣。從觀察那顆可見星的軌道，人們可推算出不可見物體的最小的可能質(zhì)量。在天鵝X－1的情形，不可見星大約是太陽質(zhì)量的6倍。按照強(qiáng)德拉塞卡的結(jié)果，它的質(zhì)量太大了，既不可能是白矮星，也不可能是中子星。所以看來它只能是一個黑洞。

圖6.2在靠近照片中心的兩個恒星之中更亮的那顆是天鵝X－1，被認(rèn)為是由互相繞著旋轉(zhuǎn)的一個黑洞和一個正常恒星組成。

圖6.3

還有其他不用黑洞來解釋天鵝X－1的模型，但所有這些都相當(dāng)牽強(qiáng)附會。黑洞看來是對這一觀測的僅有的真正自然的解釋。盡管如此，我和加州理工學(xué)院的基帕·索恩打賭說，天鵝X－1不包含一個黑洞！這對我而言是一個保險(xiǎn)的形式。我對黑洞作了許多研究，如果發(fā)現(xiàn)黑洞不存在，則這一切都成為徒勞。但在這種情形下，我將得到贏得打賭的安慰，他要給我 4年的《私家偵探》雜志。事實(shí)上，從我們打賭的1975年迄今，雖然天鵝 X－1的情形并沒有改變太多，但是人們已經(jīng)積累了這么多對黑洞有利的觀測證據(jù)，我只好認(rèn)輸。我進(jìn)行了約定的賠償，那就是給索恩訂閱一年的《藏春閣》。這使他開放的妻子相當(dāng)惱火。

現(xiàn)在，在我們的星系中和鄰近兩個名叫麥哲倫星云的星系中，還有幾個類似天鵝X－1的黑洞的證據(jù)。然而，幾乎可以肯定，黑洞的數(shù)量比這多得太多了！在宇宙的漫長歷史中，很多恒星應(yīng)該已經(jīng)燒盡了它們的核燃料并坍縮了。黑洞的數(shù)目甚至比可見恒星的數(shù)目要大得相當(dāng)多。單就我們的星系中，大約總共有1000億顆可見恒星。這樣巨大數(shù)量的黑洞的額外引力就能解釋為何目前我們星系具有如此的轉(zhuǎn)動速率，單是可見恒星的質(zhì)量是不足夠的。我們還有某些證據(jù)說明，在我們星系的中心有大得多的黑洞，其質(zhì)量大約是太陽的10萬倍。星系中的恒星若十分靠近這個黑洞時，作用在它的近端和遠(yuǎn)端上的引力之差或潮汐力會將其撕開，它們的遺骸以及其他恒星所拋出的氣體將落到黑洞上去。正如同在天鵝X－1情形那樣，氣體將以螺旋形軌道向里運(yùn)動并被加熱，雖然不如天鵝X－1那種程度會熱到發(fā)出X射線，但是它可以用來說明星系中心觀測到的非常緊致的射電和紅外線源。

人們認(rèn)為，在類星體的中心是類似的、但質(zhì)量更大的黑洞，其質(zhì)量大約為太陽的1億倍。落入此超重的黑洞的物質(zhì)能提供僅有的足夠強(qiáng)大的能源，用以解釋這些物體釋放出的巨大能量。當(dāng)物質(zhì)旋入黑洞，它將使黑洞往同一方向旋轉(zhuǎn)，使黑洞產(chǎn)生一類似地球上的一個磁場。落入的物質(zhì)會在黑洞附近產(chǎn)生能量非常高的粒子。該磁場是如此之強(qiáng)，以至于將這些粒子聚焦成沿著黑洞旋轉(zhuǎn)軸，也即它的北極和南極方向往外噴射的射流。在許多星系和類星體中確實(shí)觀察到這類射流。

人們還可以考慮存在質(zhì)量比太陽小很多的黑洞的可能性。因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量比強(qiáng)德拉塞卡極限低，所以不能由引力坍縮產(chǎn)生：這樣小質(zhì)量的恒星，甚至在耗盡了自己的核燃料之后，還能支持自己對抗引力。只有當(dāng)物質(zhì)由非常巨大的壓力壓縮成極端緊密的狀態(tài)時，這小質(zhì)量的黑洞才得以形成。一個巨大的氫彈可提供這樣的條件：物理學(xué)家約翰·惠勒曾經(jīng)算過，如果將世界海洋里所有的重水制成一個氫彈，則它可以將中心的物質(zhì)壓縮到產(chǎn)生一個黑洞。（當(dāng)然，那時沒有一個人可能留下來去對它進(jìn)行觀察！）更現(xiàn)實(shí)的可能性是，在極早期的宇宙的高溫和高壓條件下會產(chǎn)生這樣小質(zhì)量的黑洞。因?yàn)橐粋€比平均值更緊密的小區(qū)域，才能以這樣的方式被壓縮形成一個黑洞。所以當(dāng)早期宇宙不是完全光滑的和均勻的情形，這才有可能。但是我們知道，早期宇宙必須存在一些無規(guī)性，否則現(xiàn)在宇宙中的物質(zhì)分布仍然會是完全均勻的，而不能結(jié)塊形成恒星和星系。

很清楚，導(dǎo)致形成恒星和星系的無規(guī)性是否導(dǎo)致形成相當(dāng)數(shù)目的“太初”黑洞，這要依賴于早期宇宙的條件的細(xì)節(jié)。所以如果我們能夠確定現(xiàn)在有多少太初黑洞，我們就能對宇宙的極早期階段了解很多。質(zhì)量大于10億噸（一座大山的質(zhì)量）的太初黑洞，可由它對其他可見物質(zhì)或宇宙膨脹的影響被探測到。然而，正如我們需要在下一章看到的，黑洞根本不是真正黑的，它們像一個熱體一樣發(fā)光，它們越小則發(fā)熱發(fā)光得越厲害。所以看起來荒謬，而事實(shí)上卻是，小的黑洞也許可以比大的黑洞更容易地被探測到。

宇宙大約在150億年至200億年前形成。它始于無限密集且溫度非常高的一個點(diǎn)，科學(xué)家稱這一點(diǎn)為奇點(diǎn)，我們所知的自然法則對它完全不適用。它積累了大量的物質(zhì)，到達(dá)一個極點(diǎn)后爆發(fā)，科學(xué)家稱這種現(xiàn)象為大爆炸。大爆炸之后，小的氣體云再一次集中起來，并在引力的影響下組合。因此，就形成像太陽一樣的星體。太陽的歷史大約為50億年。它不會永遠(yuǎn)存在，再過50億年太陽將會消亡。太陽可以將光和熱量送到3.8億公里之外。這些能量來自核裂變反應(yīng)，在溫度高達(dá)1500攝氏度時，氫轉(zhuǎn)化成氦。當(dāng)太陽到了生命盡頭時，它將不能承受內(nèi)部裂變反應(yīng)的壓力。熱氣使太陽膨脹并使它爆裂，然后，地球上的所有生命和其他行星將會湮滅。在此過程中，太陽將會變異成一個紅色的巨星。當(dāng)太陽的燃料最終用完后，它可能在自身重心的影響下分裂。許多像太陽一樣的星體壓縮成我們所知的中子星。黑洞源自于中子星，其數(shù)量比太陽一樣的恒星多很多

大家都好厲害,我比不上

黑洞是一個時空的黑暗區(qū)，由一些質(zhì)量頗大的星體經(jīng)重力塌縮后，所剩余的東西就成了黑洞。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(zhì)和輻射可以進(jìn)入這視界以內(nèi)，但視界內(nèi)任何物質(zhì)都不能從里面跑出來。我們可用一句”有入無出”來形容它。

黑洞產(chǎn)生之謎？

當(dāng)一顆質(zhì)量相當(dāng)大的星體之核能耗盡(超新星爆發(fā))后，殘骸質(zhì)量比太陽質(zhì)量高3倍的恒星核心會演化成黑洞（若中子星有伴星，而中子星吸收足夠伴星的物質(zhì)，也能演化成黑洞)。在黑洞內(nèi)，沒有任何向外力能維持與重力平衡，因此，核心會一直塌縮下去，形成黑洞。

當(dāng)物質(zhì)掉進(jìn)了事界，縱使以光速計(jì)算，也不能再走出來。

愛因斯坦以幾何角度把黑洞解釋為空間扭曲的洞，物質(zhì)隨空間而行，如果空間本身就是洞，是沒有物質(zhì)可逃出的。

黑洞分為四種：

恒星演化出來的黑洞、原始黑洞、重量級黑洞和研究中的中量級黑洞。

黑洞也有界限？

當(dāng)一個黑洞形成后，所有物質(zhì)都會向中心塌縮成一個非常細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)，稱為奇點(diǎn)，黑洞的表面層稱為「事件穹界」。

而這表面層和中心奇點(diǎn)的距離就是史瓦半徑。任何物質(zhì)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(jù)狹義相對論，光速是速度的極限，因此，一切物質(zhì)到了事件穹界便扯向中心的奇點(diǎn)，永不能逃出來。

黑洞是看不見的嗎？

黑洞是個因?yàn)橹亓μ珡?qiáng)以致連速度最快的光也無法脫離的天體。黑洞周圍的時空也受到重力的影響而扭曲，產(chǎn)生了一個"事地平面"，任何物質(zhì)只要被它吞噬就再也逃脫不出這范圍，它的半徑稱為"重力半徑"。由於連光也無法脫離，所以無法看到事象平面之內(nèi)側(cè)。

黑洞之發(fā)現(xiàn)？

於1990年4月27日，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡 Hubble Space Telescope的啟用，為人類探索太空揭開了新的一頁，雖然在制造時出了錯誤，使影像大打折扣，可是仍對天文學(xué)有莫大的貢獻(xiàn)。

近來，人類對一直只是存在於理論范疇內(nèi)的黑洞，已透過哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，有了進(jìn)一步的證據(jù)。於仙女座大星系M31附近的M32發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)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范圍內(nèi)（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(shè)你生活於M32中心的行星上，你會見到一個密布星光的夜光，光度比一百倍滿月還要亮。科學(xué)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(nèi)之星星移動速度較其它一般星系每秒快了100公里。

齊來尋找黑洞吧！

由於黑洞不能發(fā)出光線，體積又非常細(xì)小，所以是不可能用天文望遠(yuǎn)鏡規(guī)測得到地的。但根據(jù)理論，如果一對雙星中的伴星是黑洞，那麼主星的物質(zhì)被吸引向黑洞而形成一個吸積環(huán)。由於吸積環(huán)的物質(zhì)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(diǎn)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(nèi)有一股X射線，并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(lán)巨星，那可能是黑洞而看不見的子星質(zhì)量。
回答者：笑泉 - 經(jīng)理 四級 1-19 16:13

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“黑洞”是一種天體：它的引力場強(qiáng)大得就連光也不能逃脫出來。根據(jù)廣義
相對論，引力場將使時空彎曲。當(dāng)恒星的體積很大時，它的引力場對時空幾乎沒
什么影響，從恒星表面上某一點(diǎn)發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半
徑越小，它對周圍的時空彎曲作用就越大，朝某些角度發(fā)出的光就將沿彎曲空間
返回恒星表面。

等恒星的半徑小到一特定值（天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”）時，就連垂直表
面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時，恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像
宇宙中的無底洞，任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，“似乎”就再不能逃出。實(shí)際上黑洞真
正是“隱形”的，下面將會敘述。

黑洞是怎樣形成的呢？其實(shí)，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒
星演化而來的。我們曾經(jīng)比較詳細(xì)地介紹了白矮星和中子星形成的過程。當(dāng)一顆
恒星衰老時，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料（氫），由中心產(chǎn)生的能量已
經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼
的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的星體，重新有能力
與壓力平衡。

質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子
星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽的質(zhì)量。如果超過
了這個值，那么將再沒有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。

這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一
個體積趨于零、密度趨向無限大的“點(diǎn)”。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度
（史瓦西半徑），正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無法向
外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。

與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無
法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎
么把自己隱藏起來的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳
播的。這是一個最基本的常識。可是根據(jù)廣義相對論，空間會在引力場作用下彎
曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，
而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強(qiáng)大的引力把它拉得偏
離了原來的方向。

在地球上，由于引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，
空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部
分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達(dá)地球。

所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，
這就是黑洞的隱身術(shù)。

更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它
方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能
看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的側(cè)面、甚至后背！

“黑洞”無疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動的天文學(xué)說之一。許多
科學(xué)家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。不過，
這些當(dāng)代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言兩語能說清楚的。
回答者：成都瘋子 - 秀才 三級 1-19 16:15

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是指恒星爆炸后產(chǎn)生的漩渦，你最好別進(jìn)去！
回答者：beckham2003 - 見習(xí)魔法師 二級 1-19 16:18

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一種特殊的天體
回答者：randorg - 秀才 三級 1-19 16:19

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黑洞是宇宙中的天體.1969年美國科學(xué)家約翰 惠勒為形象地描述太空不明物所杜撰的名字.1973年約翰 米歇爾在一篇文章中闡述了一個巨大質(zhì)量極其致密的恒星有足夠大的引力場甚致連光都不能逃逸的天體叫黑洞.
回答者：zhangzo4925 - 助理 三級 1-19 16:27

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愛因斯坦提出廣義相對論后的第二年，也就是1916年，史瓦西就在理論中發(fā)現(xiàn)了黑洞的存在，但直到1960年，科學(xué)家們才理解并接受了黑洞的存在。
很多黑洞僅僅是打質(zhì)量恒星演化的重點(diǎn)。這些恒星的質(zhì)量在太陽的10倍以上。在他們的一生中，總有兩種不同的力量在相互抗衡：自身的引力向內(nèi)施壓，而內(nèi)部熱核聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的能量則向外施壓。當(dāng)這兩種力量不分伯仲的時候，恒星就處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。但恒星內(nèi)部用于熱核聚變的燃料終有一天要用盡，當(dāng)這一天來臨時，力量的懸殊就會顯現(xiàn)出來。一旦引力占了上風(fēng)，恒星就無可避免的向內(nèi)坍縮，并且引力的作用會越來越劇烈。隨著恒星的物質(zhì)變得越來越致密，它的逃逸速度也就越來越大。當(dāng)恒星致密到逃逸速度大于光速時，一個黑洞就形成了。此時，即便是宇宙間運(yùn)動速度最快的物質(zhì)——光——也無法逃離黑洞了。
另外，宇宙中還有一些質(zhì)量非常巨大的黑洞，他們位于星系和類星體的中心。比如我們銀河系的中心就有一顆超大質(zhì)量的黑洞，它的質(zhì)量是太陽的400萬倍。這些黑洞的形成過程還不完全清晰。但不論哪種黑洞，他們都不過是天體的一種極端的存在形式。
回答者：sirius115 - 助理 二級 1-19 16:27

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黑洞是什么

黑洞中隱匿著巨大的引力場，這種引力大到任何東西，甚至連光，都難逃黑洞的手掌心。黑洞不讓任何其邊界以內(nèi)的任何事物被外界看見，這就是這種物體被稱為“黑洞”的緣故。我們無法通過光的反射來觀察它，只能通過受其影響的周圍物體來間接了解黑洞。據(jù)猜測，黑洞是死亡恒星或爆炸氣團(tuán)的剩余物，是在特殊的大質(zhì)量超巨星坍塌收縮時產(chǎn)生的。

因?yàn)楹诙词遣豢梢姷模杂腥艘恢敝靡桑诙词欠裾娴拇嬖凇Ｈ绻娴拇嬖冢鼈兊降自谀睦铮?

黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮，發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實(shí)的星球。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進(jìn)行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質(zhì)。任何靠近它的物體都會被它吸進(jìn)去，黑洞就變得像真空吸塵器一樣

為了理解黑洞的動力學(xué)和理解它們是怎樣使內(nèi)部的所有事物逃不出邊界，我們需要討論廣義相對論。廣義相對論是愛因斯坦創(chuàng)建的引力學(xué)說，適用于行星、恒星，也適用于黑洞。愛因斯坦在1916年提出來的這一學(xué)說，說明空間和時間是怎樣因大質(zhì)量物體的存在而發(fā)生畸變。簡言之，廣義相對論說物質(zhì)彎曲了空間，而空間的彎曲又反過來影響穿越空間的物體的運(yùn)動。

讓我們看一看愛因斯坦的模型是怎樣工作的。首先，考慮時間（空間的三維是長、寬、高）是現(xiàn)實(shí)世界中的第四維（雖然難于在平常的三個方向之外再畫出一個方向，但我們可以盡力去想象）。其次，考慮時空是一張巨大的繃緊了的體操表演用的彈簧床的床面。

愛因斯坦的學(xué)說認(rèn)為質(zhì)量使時空彎曲。我們不妨在彈簧床的床面上放一塊大石頭來說明這一情景：石頭的重量使得繃緊了的床面稍微下沉了一些，雖然彈簧床面基本上仍舊是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在彈簧床中央放置更多的石塊，則將產(chǎn)生更大的效果，使床面下沉得更多。事實(shí)上，石頭越多，彈簧床面彎曲得越厲害。

同樣的道理，宇宙中的大質(zhì)量物體會使宇宙結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。正如10塊石頭比1塊石頭使彈簧床面彎曲得更厲害一樣，質(zhì)量比太陽大得多的天體比等于或小于一個太陽質(zhì)量的天體使空間彎曲得厲害得多。

如果一個網(wǎng)球在一張繃緊了的平坦的彈簧床上滾動，它將沿直線前進(jìn)。反之，如果它經(jīng)過一個下凹的地方 ，則它的路徑呈弧形。同理，天體穿行時空的平坦區(qū)域時繼續(xù)沿直線前進(jìn)，而那些穿越彎曲區(qū)域的天體將沿彎曲的軌跡前進(jìn)。

現(xiàn)在再來看看黑洞對于其周圍的時空區(qū)域的影響。設(shè)想在彈簧床面上放置一塊質(zhì)量非常大的石頭代表密度極大的黑洞。自然，石頭將大大地影響床面，不僅會使其表面彎曲下陷，還可能使床面發(fā)生斷裂。類似的情形同樣可以宇宙出現(xiàn)，若宇宙中存在黑洞，則該處的宇宙結(jié)構(gòu)將被撕裂。這種時空結(jié)構(gòu)的破裂叫做時空的奇異性或奇點(diǎn)。

現(xiàn)在我們來看看為什么任何東西都不能從黑洞逃逸出去。正如一個滾過彈簧床面的網(wǎng)球，會掉進(jìn)大石頭形成的深洞一樣，一個經(jīng)過黑洞的物體也會被其引力陷阱所捕獲。而且，若要挽救運(yùn)氣不佳的物體需要無窮大的能量。

我們已經(jīng)說過，沒有任何能進(jìn)入黑洞而再逃離它的東西。但科學(xué)家認(rèn)為黑洞會緩慢地釋放其能量。著名的英國物理學(xué)家霍金在1974年證明黑洞有一個不為零的溫度，有一個比其周圍環(huán)境要高一些的溫度。依照物理學(xué)原理，一切比其周圍溫度高的物體都要釋放出熱量，同樣黑洞也不例外。一個黑洞會持續(xù)幾百萬萬億年散發(fā)能量，黑洞釋放能量稱為：霍金輻射。黑洞散盡所有能量就會消失。

處于時間與空間之間的黑洞，使時間放慢腳步，使空間變得有彈性，同時吞進(jìn)所有經(jīng)過它的一切。1969年，美國物理學(xué)家約翰 阿提 惠勒將這種貪得無厭的空間命名為“黑洞”。

我們都知道因?yàn)楹诙床荒芊瓷涔猓钥床灰姟Ｔ谖覀兊哪X海中黑洞可能是遙遠(yuǎn)而又漆黑的。但英國著名物理學(xué)家霍金認(rèn)為黑洞并不如大多數(shù)人想象中那樣黑。通過科學(xué)家的觀測，黑洞周圍存在輻射，而且很可能來自于黑洞，也就是說，黑洞可能并沒有想象中那樣黑。
霍金指出黑洞的放射性物質(zhì)來源是一種實(shí)粒子，這些粒子在太空中成對產(chǎn)生，不遵從通常的物理定律。而且這些粒子發(fā)生碰撞后，有的就會消失在茫茫太空中。一般說來，可能直到這些粒子消失時，我們都未曾有機(jī)會看到它們。

霍金還指出，黑洞產(chǎn)生的同時，實(shí)粒子就會相應(yīng)成對出現(xiàn)。其中一個實(shí)粒子會被吸進(jìn)黑洞中，另一個則會逃逸，一束逃逸的實(shí)粒子看起來就像光子一樣。對觀察者而言，看到逃逸的實(shí)粒子就感覺是看到來自黑洞中的射線一樣。

所以，引用霍金的話就是“黑洞并沒有想象中的那樣黑”，它實(shí)際上還發(fā)散出大量的光子。

根據(jù)愛因斯坦的能量與質(zhì)量守恒定律。當(dāng)物體失去能量時，同時也會失去質(zhì)量。黑洞同樣遵從能量與質(zhì)量守恒定律，當(dāng)黑洞失去能量時，黑洞也就不存在了。霍金預(yù)言，黑洞消失的一瞬間會產(chǎn)生劇烈的爆炸，釋放出的能量相當(dāng)于數(shù)百萬顆氫彈的能量。

但你不要滿懷期望地抬起頭，以為會看到一場煙花表演。事實(shí)上，黑洞爆炸后，釋放的能量非常大，很有可能對身體是有害的。而且，能量釋放的時間也非常長，有的會超過100億至200億年，比我們宇宙的歷史還長，而徹底散盡能量則需要數(shù)萬億年的時間
黑洞
談黑洞是在普遍沒有了解引力場本質(zhì)的情況下談黑洞。
如果按照黑洞定義談黑洞，那宇宙中的黑洞是不存在的。
因?yàn)橛钪嬷械奈镔|(zhì)具有物質(zhì)的本質(zhì)特性。
按照宇宙中物質(zhì)本質(zhì)特性，不可能恒星發(fā)出的光又會被恒星吸收回恒星。
黑洞是一種體積極小，質(zhì)量極大的恒星，在其強(qiáng)大的引力下，連光也無法逃逸———從恒星表面發(fā)出的光，還沒有到達(dá)遠(yuǎn)處即被該恒星自身的引力吸引回恒星。
一團(tuán)物質(zhì),如果其引力場強(qiáng)大到足以使時空完全彎曲而圍繞它自身,因而任何東西,甚至連光都無法逃逸,就叫做黑洞.不太多的物質(zhì)被壓縮到極高密度(例如將地球壓縮到一粒豌豆大小),或者,極大的一團(tuán)較低密度物質(zhì)(例如幾百萬倍于太陽的質(zhì)量分布在直徑與太陽系一樣的球中,大致具有水的密度),都能出現(xiàn)這種情形.
第一位提出可能存在引力強(qiáng)大到光線不能逃離的'黑洞'的人是皇家學(xué)會特別會員約翰·米切爾,他于1783年向皇家學(xué)會陳述了這一見解.米切爾的計(jì)算依據(jù)是牛頓引力理論和光的微粒理論.前者是當(dāng)時最好的引力理論.后者則把光設(shè)想為有如小型炮彈的微小粒子(現(xiàn)在叫做光子)流.米切爾假定,這些光粒子應(yīng)該像任何其他物體一樣受到引力的影響.由于奧利·羅默(Ole Romer)早在100多年前就精確測定了光速.所以米切爾得以計(jì)算一個具有太陽密度的天體必須多大,才能使逃逸速度大于光速.
如果這樣的天體存在,光就不能逃離它們,所以它們應(yīng)該是黑的.太陽表面的逃逸速度只有光速的0.2%,但如果設(shè)想一系列越來越大但密度與太陽相同的天體,則逃逸速度迅速增高.米切爾指出,直徑為太陽直徑500倍的這樣一個天體(與太陽系的大小相似),其逃逸速度應(yīng)該超過光速.
皮埃爾·拉普拉斯(Pierre Laplace)獨(dú)立得出并于1796年發(fā)表了同樣的結(jié)論.米切爾在一次特具先見之明的評論中指出,雖然這樣的天體是看不見的,但'如果碰巧任何其他發(fā)光天體圍繞它們運(yùn)行,我們也許仍有可能根據(jù)這些繞行天體的運(yùn)動情況推斷中央天體的存在.換言之,米切爾認(rèn)為,如果黑洞存在于雙星中,那將最容易被發(fā)同.但這一有在黑星的見解在19世紀(jì)被遺忘了,直到天文學(xué)家認(rèn)識到黑洞可經(jīng)由另一途徑產(chǎn)生,在研討阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論時才重新提起.
第一次世界大戰(zhàn)時在東部戰(zhàn)線服役的天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)是最先對愛因斯坦理論結(jié)論進(jìn)行分析的人之一.廣義相對論將引力解釋為時空在物質(zhì)近旁彎曲的結(jié)果.史瓦西計(jì)算了球形物體周圍時空幾何特性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型,將它的計(jì)算寄給愛因斯坦,后者于1916年初把它們提交給普魯士科學(xué)院.這些計(jì)算表明,對'任何'質(zhì)量者存在一個臨界半徑,現(xiàn)在稱為史瓦西半徑,它對應(yīng)時空一種極端的變形,使得如果質(zhì)量被擠壓到臨界半徑以內(nèi),空間將彎曲到圍繞該物體并將它與宇宙其余部分隔斷開來.它實(shí)際上成為了一個自行其是的獨(dú)立的宇宙,任何東西(光也在內(nèi))都無法逃離它.
對于太陽史瓦西半徑是公里對于地球,它等于0.88厘米.這并不意味太陽或地球中心有一個大小合適現(xiàn)在稱為黑洞(這個名詞是1967年才首次由約翰·惠勒用于這一含義的東西存在.在離天體中心的這一距離上,時空沒有任何反常.史瓦西計(jì)算表明的是,如果太陽被擠壓進(jìn)半徑2.9公里的球內(nèi),或者,如果地球被擠壓進(jìn)半徑僅0.88厘米的球內(nèi),它們就將永遠(yuǎn)在一個黑洞內(nèi)而與外部宇宙隔離.物質(zhì)仍然可以掉進(jìn)這樣一個黑洞但沒東西能夠逃出來.
這些結(jié)論被看成純粹數(shù)學(xué)珍藏品達(dá)數(shù)十年之久，因?yàn)闆]有人認(rèn)為真正的、實(shí)在的物體能夠坍縮到形成黑洞所要求的極端密度。1920年代開始了解了白矮星，但即使白矮星也擁有與太陽大致相同的質(zhì)量而大小卻與地球差不多，其半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3公里。人們也未能及時領(lǐng)悟到，如果有大量的一般密度物質(zhì)，也可以造出一個本質(zhì)上與米切爾和拉普拉斯所想像的相同的黑洞。與任意質(zhì)量M對應(yīng)的史瓦西半徑由公式2GM/c2給出，其中G是引力常數(shù)。c是光速。
1930年代，薩布拉曼揚(yáng)·昌德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）證明，即使一顆白矮星，也僅當(dāng)其質(zhì)量小于1.4倍太陽質(zhì)量時才是穩(wěn)定的，任何死亡的星如果比這更重，必將進(jìn)一步坍縮。有些研究家想到了這也許會導(dǎo)致形成中子星的可能性，中子星的典型半徑僅約白矮星的1/700，也就是幾公里大小。但這個思想一直要等到1960年代中期發(fā)現(xiàn)脈沖星，證明中子星確實(shí)存在之后，才被廣泛接受。
這重新燃起了對黑洞理論的興趣，因?yàn)橹凶有遣畈欢嗑鸵兂珊诙戳恕ｋm然很難想像將太陽壓縮到半徑2.9公里以內(nèi)，但現(xiàn)在已經(jīng)知道存在質(zhì)量與太陽相當(dāng)、半徑小于10公里的中子星，從中子星到黑洞也就一步之遙了。
理論研究表明，一個黑洞的行為僅由其三個特性所規(guī)定——它的質(zhì)量、它的電荷和它的自轉(zhuǎn)（角動量）。無電荷、無自轉(zhuǎn)的黑洞用愛因斯坦方程式的史瓦西解描述；有電荷、無自轉(zhuǎn)的黑洞用賴斯納—諾德斯特羅姆解描述；無電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾解描述；有電荷、有自轉(zhuǎn)的黑洞用克爾—紐曼解描述。黑洞沒有其他特性，這已由‘黑洞沒有毛發(fā)’這句名言所概括。現(xiàn)實(shí)的黑洞大概應(yīng)該是自轉(zhuǎn)而無電荷，所以克爾解最令人感興趣。
現(xiàn)在都認(rèn)為，黑洞和中子星都是在磊質(zhì)量恒星發(fā)生超新星爆發(fā)時的臨死掙扎中產(chǎn)生的。計(jì)算表明，任何質(zhì)量大致小于3倍太陽質(zhì)量（奧本海默—弗爾科夫極限）的至密超新星遺跡可以形成穩(wěn)定的中子星，但任何質(zhì)量大于這一極限的致密進(jìn)退新星遺跡將坍縮為黑洞，其內(nèi)容物將被壓進(jìn)黑洞中心的奇點(diǎn)，這正好是宇宙由之誕生的大爆炸奇點(diǎn)的鏡像反轉(zhuǎn)。如果這樣一個天體碰巧在繞一顆普通恒星的軌道上，它將剝奪伴星的物質(zhì)，形成一個由向黑洞匯集的熱物質(zhì)構(gòu)成的吸積盤。吸積盤中的溫度可以升至極高，以致它能輻射X射線，而使黑洞可被探測到。
1970年代初，米切爾的預(yù)言有了反響：在一個雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了這樣一種天體。一個叫做天鵝座X—1的X射線源被證認(rèn)為恒星HDE226868。這個系統(tǒng)的軌道動力學(xué)特性表明，該源的X射線來自圍繞可見星軌道上一個比地球小的天體，但源的質(zhì)量卻大于奧本海默—弗爾科夫極限。這只可能是一個黑洞。此后，用同一方法又證認(rèn)了其他少數(shù)幾個黑洞。而1994年天鵝座V404這個系統(tǒng)成為迄今最佳黑洞‘候選體’，這是一個質(zhì)量為太陽質(zhì)量70%的恒星圍繞大約12倍太陽質(zhì)量的X射線源運(yùn)動的系統(tǒng)。但是，這些已被認(rèn)可的黑洞證認(rèn)大概不過是冰山之尖而已。
這種‘恒星質(zhì)量’黑洞，正如米切爾領(lǐng)悟的，只有當(dāng)它們在雙星系統(tǒng)中時才能探測到。一個孤立的黑洞無愧于它的名稱——它是黑暗的、不可探測的。然而，根據(jù)天體物理學(xué)理論，很多恒星應(yīng)該以中子星或黑洞作為其生命的結(jié)束。觀測者在雙星系統(tǒng)中實(shí)際上探測到的合適黑洞候選者差不多與他們發(fā)現(xiàn)的脈沖雙星一樣多，這表示孤立的恒星質(zhì)量黑洞數(shù)目應(yīng)該與孤立的脈沖星數(shù)目相同，這一推測得到了理論計(jì)算的支持。 我們銀河系中現(xiàn)在已知大約500個活動的脈沖星。但理論表明，一個脈沖星作為射電源的活動期是很短的，它很快衰竭成無法探測的寧靜狀態(tài)。所以，相應(yīng)地我們周圍應(yīng)該存在更多的‘死’脈沖星（寧靜中子星）。我們的銀河指法含有1000億顆明亮的恒星，而且已經(jīng)存在了數(shù)十億年之久。最佳的估計(jì)是，我們銀河指法今天含有4億個死脈沖星，而恒星質(zhì)量黑洞數(shù)量的甚至保守估計(jì)也達(dá)到這一數(shù)字的¼——1億個。如果真有這么多黑洞，而黑洞又無規(guī)則地散布在銀河系中的話，則最近的一個黑洞也離我們僅僅15光年。既然我們銀河系沒有什么獨(dú)特之處，那么宇宙中每個其他的星系也應(yīng)該含有同樣多的黑洞。Ic
星系也可能含有某種很像米切爾的拉普拉斯最初設(shè)想的‘黑星’的天體。這樣的天體現(xiàn)在稱為‘特大質(zhì)量黑洞’，被認(rèn)為存在于活動星系和類星體的中心，它們提供的引力能可能解釋這些天體的巨大能量來源。一個大小如太陽系、質(zhì)量數(shù)百萬倍于太陽質(zhì)量的黑洞，可以從周圍每年食掉一到兩顆恒星的物質(zhì)。在這個過程中，很大一部分恒星質(zhì)量將遵照愛因斯坦分工E=mc2轉(zhuǎn)變成能量。寧靜的超大質(zhì)量黑洞可能存在于包括我們銀河系在內(nèi)的所有星 一團(tuán)物質(zhì),如果其引力場強(qiáng)大到足以使時空完全彎曲而圍繞它自身,因而任何東西,甚至連光都無法逃逸,就叫做黑洞.不太多的物質(zhì)被壓縮到極高密度(例如將地球壓縮到一粒豌豆大小),或者,極大的一團(tuán)較低密度物質(zhì)(例如幾百萬倍于太陽的質(zhì)量分布在直徑與太陽系一樣的球中,大致具有水的密度),都能出現(xiàn)這種情形.
第一位提出可能存在引力強(qiáng)大到光線不能逃離的'黑洞'的人是皇家學(xué)會特別會員約翰·米切爾,他于1783年向皇家學(xué)會陳述了這一見解.米切爾的計(jì)算依據(jù)是牛頓引力理論和光的微粒理論.前者是當(dāng)時最好的引力理論.后者則把光設(shè)想為有如小型炮彈的微小粒子(現(xiàn)在叫做光子)流.米切爾假定,這些光粒子應(yīng)該像任何其他物體一樣受到引力的影響.由于奧利·羅默(Ole Romer)早在100多年前就精確測定了光速.所以米切爾得以計(jì)算一個具有太陽密度的天體必須多大,才能使逃逸速度大于光速.
如果這樣的天體存在,光就不能逃離它們,所以它們應(yīng)該是黑的.太陽表面的逃逸速度只有光速的0.2%,但如果設(shè)想一系列越來越大但密度與太陽相同的天體,則逃逸速度迅速增高.米切爾指出,直徑為太陽直徑500倍的這樣一個天體(與太陽系的大小相似),其逃逸速度應(yīng)該超過光速.
皮埃爾·拉普拉斯(Pierre Laplace)獨(dú)立得出并于1796年發(fā)表了同樣的結(jié)論.米切爾在一次特具先見之明的評論中指出,雖然這樣的天體是看不見的,但'如果碰巧任何其他發(fā)光天體圍繞它們運(yùn)行,我們也許仍有可能根據(jù)這些繞行天體的運(yùn)動情況推斷中央天體的存在.換言之,米切爾認(rèn)為,如果黑洞存在于雙星中,那將最容易被發(fā)同.但這一有在黑星的見解在19世紀(jì)被遺忘了,直到天文學(xué)家認(rèn)識到黑洞可經(jīng)由另一途徑產(chǎn)生,在研討阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論時才重新提起.
第一次世界大戰(zhàn)時在東部戰(zhàn)線服役的天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)是最先對愛因斯坦理論結(jié)論進(jìn)行分析的人之一.廣義相對論將引力解釋為時空在物質(zhì)近旁彎曲的結(jié)果.史瓦西計(jì)算了球形物體周圍時空幾何特性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型,將它的計(jì)算寄給愛因斯坦,后者于1916年初把它們提交給普魯士科學(xué)院.這些計(jì)算表明,對'任何'質(zhì)量者存在一個臨界半徑,現(xiàn)在稱為史瓦西半徑,它對應(yīng)時空一種極端的變形,使得如果質(zhì)量被擠壓到臨界半徑以內(nèi),空間將彎曲到圍繞該物體并將它與宇宙其余部分隔斷開來.它實(shí)際上成為了一個自行其是的獨(dú)立的宇宙,任何東西(光也在內(nèi))都無法逃離它.
對于太陽史瓦西半徑是公里對于地球,它等于0.88厘米.這并不意味太陽或地球中心有一個大小合適現(xiàn)在稱為黑洞(這個名詞是1967年才首次由約翰·惠勒用于這一含義的東西存在.在離天體中心的這一距離上,時空沒有任何反常.史瓦西計(jì)算表明的是,如果太陽被擠壓進(jìn)半徑2.9公里的球內(nèi),或者,如果地球被擠壓進(jìn)半徑僅0.88厘米的球內(nèi),它們就將永遠(yuǎn)在一個黑洞內(nèi)而與外部宇宙隔離.物質(zhì)仍然可以掉進(jìn)這樣一個黑洞但沒東西能夠逃出來.
這些結(jié)論被看成純粹數(shù)學(xué)珍藏品達(dá)數(shù)十年之久，因?yàn)闆]有人認(rèn)為真正的、實(shí)在的物體能夠坍縮到形成黑洞所要求的極端密度。1920年代開始了解了白矮星，但即使白矮星也擁

關(guān)于“黑洞”，學(xué)術(shù)屆一直存在爭論
甚至到底“黑洞”是否存在還未定論，所以哦，關(guān)于“黑洞”是怎么形成的，實(shí)在是……

所謂黑洞,其實(shí)就是一個質(zhì)量極大密度極大的天體.由于其質(zhì)量和密度,導(dǎo)致它的引力極其之大,使得光在他的表面都要被引力束縛.由于光被其束縛在表面而不能反射出去,所以我們在可見光范圍內(nèi)也就看不到它,因此稱為黑洞.
既然是個天體,因此也就不存在穿過黑洞的問題了.但是由于其極大的引力，在距離黑洞表面很近的地方,很可能導(dǎo)致時間空間的扭曲,所以假如人能"穿過",會怎么樣誰也沒有定論.有一說是黑洞的另一邊對應(yīng)著白洞.說通俗點(diǎn)就是由于黑洞的引力,使空間發(fā)生扭曲,我們可以利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)跨越空間的旅行.
當(dāng)然,以上假設(shè)都是在我們能到達(dá)黑洞表面的情況下.但由于引力的緣故,但我們到達(dá)表面是,我們自身的重量將變?yōu)樵诘厍蛏系?0的n次方倍,而我們的骨骼承受力是有限的,所以,就目前的科技看,如果人真到了那里會死的相當(dāng)難看...
至于黑洞的形成,一般是大質(zhì)量恒星在死亡時表面發(fā)生塌陷,也就是收縮,從而形成的.但不是所有恒星都有資格成為黑洞.比如太陽,它的結(jié)局只能是白矮星.因?yàn)樘柕馁|(zhì)量太小了.

黑洞是由一個質(zhì)量相當(dāng)大的天體，在核能耗盡死亡后發(fā)生引力塌縮后形成。根據(jù)牛頓普適重力定理，由于黑洞的第一宇宙速度過大，連光也逃逸不出來，故名為黑洞

黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮，發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實(shí)的星球。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進(jìn)行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質(zhì)。任何靠近它的物體都會被它吸進(jìn)去，黑洞就變得像真空吸塵器一樣．

跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由質(zhì)量大于太陽質(zhì)量20倍的恒星演化而來的。

當(dāng)一顆恒星衰老時，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料（氫），由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。

質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽的質(zhì)量。如果超過了這個值，那么將再沒有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。
這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個體積很小、密度趨向很大。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑），正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。

根據(jù)科學(xué)家計(jì)算,一個物體要有每秒中七點(diǎn)九公里的速度,就可以不被地球的引力拉回到地面,而在空中饒著地球轉(zhuǎn)圈子了.這個速度,叫第一宇宙速度.如果要想完全擺脫地球引力的束縛,到別的行星上去,至少要有11.2km/s的速度,這個速度,叫第二宇宙速度.也可以叫逃脫速度.這個結(jié)果是按照地球的質(zhì)量和半徑的大小算出來的.就是說,一個物體要從地面上逃脫出去,起碼要有這么大的速度。可是對于別的天體來說,從它們的表面上逃脫出去所需要的速度就不一定也是這么大了。一個天體的質(zhì)量越是大,半徑越是小,要擺脫它的引力就越困難,從它上面逃脫所需要的速度也就越大.

按照這個道理,我們就可以這樣來想:可能有這么一種天體,它的質(zhì)量很大，而半徑又很小,使得從它上面逃脫的速度達(dá)到了光的速度那么大。也就是說,這個天體的引力強(qiáng)極了,連每秒鐘三十萬公里的光都被它的引力拉住，跑不出來了。既然這個天體的光跑不出來,我們?nèi)徽劸涂床灰娝?所以它就是黑的了。光是宇宙中跑得最快的，任何物質(zhì)運(yùn)動的速度都不可能超過光速.既然光不能從這種天體上跑出來,當(dāng)然任何別的物質(zhì)也就休想跑出來.一切東西只要被吸了進(jìn)去，就不能再出來，就象掉進(jìn)了無底洞,這樣一種天體，人們就把它叫做黑洞.

我們知道，太陽現(xiàn)在的半徑是七十萬公里。假如它變成一個黑洞,半徑就的大大縮小.縮到多少?只能有三公里.地球就更可憐了,它現(xiàn)在半徑是六千多公里.假如變成黑洞，半徑就的縮小到只有幾毫米.那里會有這么大的壓縮機(jī)，能把太陽 地球縮小的這么!這簡直象<天方夜譚>里的神話故事,黑洞這東西實(shí)在太離奇古怪了。但是，上面說的這些可不是憑空想象出來的,而是根據(jù)嚴(yán)格的科學(xué)理論的出來的.原來,黑洞也是由晚年的恒星變成的,象質(zhì)量比較小的恒星,到了晚年，會變成白矮星；質(zhì)量比較大的會形成中子星.現(xiàn)在我們再加一句,質(zhì)量更大的恒星,到了晚年，最后就會變成黑洞.所以，總結(jié)起來說,白矮星 中子星和黑洞,就是晚年恒星的三種變化結(jié)果.

現(xiàn)在,白矮星已經(jīng)找到了，中子星也找到了，黑洞找到?jīng)]有?也應(yīng)該找到的.主要因?yàn)楹诙词呛诘模业剿鼈儗?shí)在是很困難。特別是那些單個的黑洞，我們現(xiàn)在簡直毫無辦法。有一種情況下的黑洞比較有希望找到，那就是雙星里的黑洞.
雙星就是兩顆互相饒著轉(zhuǎn)的恒星.雖然我們看不見黑洞，但卻能從那顆看的見的恒星的運(yùn)動路線分析出來.這是什么道理呢?因?yàn)?雙星中的每一個星都是沿著橢圓形路線運(yùn)動的,而單顆的恒星不是這樣運(yùn)動。如果我們看到天空中有顆恒星在沿橢圓形路線運(yùn)動,卻看不到它的'同伴',那就值得仔細(xì)研究了。我們可以把那顆星走的橢圓的大小，走完一圈用的時間，都測量出來.有了這些，就可以算出來那個看不見的'同伴'的質(zhì)量有多大。如果算出來質(zhì)量很大，超過中子星能有的質(zhì)量，那就可以進(jìn)一步證明它是個黑洞了。

在天鵝星座，有一對雙星，名叫天鵝座X-1.這對雙星中，一顆是看的見的亮星,另一顆卻看不見.根據(jù)那可亮星的運(yùn)動路線.可以算出來它的'同伴'的質(zhì)量很大,至少有太陽質(zhì)量的五倍.這么大的質(zhì)量是任何中子星都不可能有的.當(dāng)然，除這些以外還有別的證據(jù)。所以,基本上可以肯定，天鵝座X-1中那個看不見的天體就是一個黑洞.這是人類找到的第一個黑洞。
另外,還發(fā)現(xiàn)有幾對雙星的特征也跟天鵝座X-1很相似，它們里面也有可能有黑洞。科學(xué)家正對它們作進(jìn)一步的研究. “黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來。