什么是黑洞

什么是黑洞

黑洞（Black hole）是根据现代的物理理论和天文学理论，所预言的在宇宙空间中存在的一种天体区域。历史上，法国力学家拉普拉斯曾预言：“一个质量如 250 个太阳，而直径为地球的发光恒星，由于其引力的作用，将不允许任何光线离开它。由于这个原因，宇宙中最大的发光天体，却不会被我们看见”。黑洞是由一个质量相当大的天体，在核能耗尽死亡后发生引力塌缩后形成。根据牛顿普适重力定理，由于黑洞的第一宇宙速度过大，连光也逃逸不出来，故名为黑洞。在此区域内的万有引力非常强大，任何物质都不可能从此区域内逃逸出去，甚至光线都被它强大的引力拉回，因此黑洞本身不会发光，但是黑洞也不会像其他不会发光的物体一样呈现出黑色，黑洞的引力可以让它身后的光线绕到它前面呈现，让你以为它是透明的。天文学家可藉观察黑洞周围物质被吸引时的情况下，找出黑洞位置。黑洞可以经由电子仪器观查到。黑洞是由大于太阳质量的3.2倍的天体发生引力坍塌后形成的（小于1.4个太阳质量的恒星，会变成白矮星）。天文学的观测表明，在很多星系的中心，包括银河系，都存在超过太阳质量上亿倍的超大质量黑洞。爱因斯坦的广义相对论预测有黑洞解。其中最简单的球对称解为史瓦西度量。这是由卡尔·史瓦西于1915年发现的爱因斯坦方程的解。根据史瓦西解，如果一个重力天体的半径小于一个特定值，天体将会发生坍塌，这个半径就叫做史瓦西半径。在这个半径以下的天体，其中的时空严重弯曲，从而使其发射的所有射线，无论是来自什么方向的，都将被吸引入这个天体的中心。因为相对论指出在任何惯性座标中，物质的速率都不可能超越真空中的光速，在史瓦西半径以下的天体的任何物质，包括重力天体的组成物质——都将塌陷于中心部分。一个有理论上无限密度组成的点组成重力奇点（gravitational singularity）。由于在史瓦西半径内连光线都不能逃出黑洞，所以一个典型的黑洞确实是绝对“黑”的。史瓦西半径由下面式子给出：G是万有引力常数，M是天体的质量，c是光速。对于一个与地球质量相等的天体，其史瓦西半径仅有9毫米黑洞越大，温度越低。目前公认的理论认为，黑洞只有三个物理量可以测量到：质量、电荷、角动量。也就是说：对于一个黑洞，一旦这三个物理量确定下来了，这个黑洞的特性也就唯一地确定了，这称为黑洞的无毛定理，或称作黑洞的唯一性定理。但是这个定理却只是限制了古典理论，没有否认可能有其他量子荷的存在，所以黑洞可以和大域单极或是宇宙弦共同存在，而带有大域量子荷。黑洞的合并会以光束发射强大的引力波，新的黑洞会因后座力脱离原本在星系核心的位置。如果速度足够大，它甚至有可能脱离星系母体[1]。分类方法一：超巨质量黑洞 到目前为止可以在所有已知星系中心发现其踪迹。 质量据说是太阳的数百万至十数亿倍。 小质量黑洞 质量为太阳质量的10至20倍，即超新星爆炸以后所留下的核心质量是太阳的3至15倍就会形成黑洞。 理论预测，当质量为太阳的 40 倍以上，可不经超新星爆炸过程而形成黑洞。 中型黑洞 推论是由小质量黑洞合并形成，最后则变成超巨质量黑洞 中型黑洞是否真实存在仍然存疑。 分类方法二：根据黑洞本身的物理特性（质量、电荷、角动量）：不旋转不带电荷的黑洞。它的时空结构于1916年由施瓦西求出称施瓦西黑洞。 不旋转带电黑洞，称R-N黑洞。时空结构于1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出。 旋转不带电黑洞，称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。 一般黑洞，称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出微黑洞是理论预言的一类黑洞，目前尚无证据支持微黑洞的存在。它们诞生于宇宙大爆炸初期，质量非常小，根据霍金的理论，黑洞质量越小，“蒸发”越快。因此如果存在微黑洞，那么它们现在一定已经蒸发殆尽了。量子力学方面的反驳：黑洞中心的奇点具有量子不稳定性，所以整个黑洞不可能稳定存在。 目前发现的黑洞是一些暗能量星：美国加利福尼亚劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的天体物理学家乔治·钱普拉因等认为，目前发现的黑洞是一些暗能量星，真正意义上的黑洞是不存在的。