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神秘的宇宙黑洞（第1页）

神秘的宇宙黑洞

早在1796年，法国天文学家拉普拉斯就曾预言：宇宙中存在着一个密度如地球大小而直径为太阳的250倍的发光恒星，它的引力非常大，可以使任何光线都离不开它。

后来，德国天文学家史瓦西在求解广义相对论中的引力方程时提出，宇宙中有一种不旋转、不带电、呈球对称状的黑暗天体。

其实，这两位科学家所说的都是同一种天体——黑洞。

*黑洞是什么？

一提到“黑洞”，人们很容易望文生义，把它想象成为一个“大黑窟窿”。其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场特别强，任何光也不能逃脱出来。

根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光沿直线可以向任何方向射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，向某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。等恒星的半径小到等于“史瓦西半径”（天文学上的一个特定值）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。之所以说它“黑”，是因为它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，似乎就再也不能逃出。

*黑洞是如何形成的

那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经把中心的燃料（氢）耗尽了，由中心产生的能量已经不多了。这样，它也再没有足够的力量来承担外壳巨大的重量了。所以外壳重压就会使核心坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力抗衡。

一些质量小的恒星，主要会演化成白矮星，而质量比较大的恒星则可能形成中子星。科学家计算，中子星的总质量不能超过太阳质量的3倍。如果超过了这个值，就会再没有什么能与自身重力相抗衡的力了，从而导致另一次更大的坍缩。科学家猜想，物质将势不可挡地向着中心点进军，直至成为一个“点”——体积趋于零、密度趋向无限大。而当它的半径一旦收缩到一定程度即史瓦西半径时，巨大的引力就会使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系，“黑洞”就这样诞生了。

*神秘的黑洞

黑洞与其他天体相比显得非常特殊。比如黑洞有“隐身术”，人类根本无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。

那么，黑洞究竟是如何隐藏自己的呢？答案就是——弯曲的空间。我们知道一个最基本的常识，光是沿直线传播的。然而根据广义相对论，在引力场作用下空间会弯曲，这时虽然光仍沿任意两点间的最短距离传播，但这种传播走的已不是直线，而是曲线。形象地说，光本来是要走直线的，可是强大的引力硬是使它偏离了原来的方向。在地球上，由于引力场作用小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，这种变形就非常大了。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光有一部分会落入黑洞中消失，通过弯曲的空间中绕过黑洞，另一部分光线仍会而到达地球。所以，我们可以观察到黑洞背面的星空，就像不存在黑洞一样，这就是黑洞的“隐身术”。

尽管科学家对黑洞的分析都不无道理，但至今仍没有人证实黑洞是否存在。目前，人类虽然无法直接观测到黑洞，但通过其附近天体的运动变化，却可以来推测黑洞的存在。另外，在接近而尚未抵达黑洞的视界时，物质也会高速旋转起来，形似喇叭状或盘状，在黑洞外围旋转，并因摩擦而产生高温，释放出强大的高能X射线。所以通过探测X射线，人类可以获得搜寻黑洞的重要线索。

一些天文学家也推断，在我们的银河系中，有一个巨大黑洞，质量相当于500万个太阳，引力足以吸引成千上万颗恒星，在银河系周围这些恒星和气体飞速旋转，形成一个庞大的整体，从而构成了浩瀚无边的银河系。由此看来，要想深入研究黑洞，还需要弄清宇宙的结构、天体的起源等一系列重大问题。

延伸阅读——黑洞是否会毁灭

1974年，英国物理学家史迪芬·霍金做出了这样一个预言，令整个科学界为之震动——黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。

霍金是在灵感的支配下思维发生飞跃而得出的这一理论，他结合了广义相对论和量子理论。他发现，黑洞周围的引力场在释放出能量的同时，还消耗黑洞的能量和质量。

由此我们可以认定，一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近，就会发生两种情况：两粒子湮灭，一个粒子被吸入黑洞。如果被吸入黑洞的是一个反粒子，则正粒子逃逸。由于能量不能凭空创生，假设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量，反粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子与之相反的运动过程，如一个反粒子被吸入黑洞可以看作一个正粒子从黑洞逃逸。这一情况就是一个携带着从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的总能量少了，而爱因斯坦的公式E=mc2表明，能量的损失会导致质量的损失。随着黑洞的质量越来越小，它的温度也会越来越高。这样，当黑洞质量的损失，也会增加它的温度和发射率，因而它的质量损失得更快。

这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，因为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。