宇宙中的黑洞是什么东西

宇宙黑洞的进出口在哪

黑洞是密度超大的星球,吸纳一切,光也逃不了.
(现在有科学家分析,宇宙中不存在黑洞,这需要进一步的证明,但是我们在学术上可以存在不同的意见)
首先,对黑洞进行一下形象的说明:
黑洞有巨大的引力,连光都被它吸引.黑洞中隐匿着巨大的引力场,这种引力大到任何东西,甚至连光,都难逃黑洞的手掌心。黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见,这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它,只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。据猜测,黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物,是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。
再从物理学观点来解释一下:
黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过它的密度非常非常大, 靠近它的物体都被它的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走一样),不管用多大的速度都无法脱离。对于地球来说,以第二宇宙速度(11.2km/s)来飞行就可以逃离地球,但是对于黑洞来说,它的第三宇宙速度之大,竟然超越了光速,所以连光都跑不出来,于是射进去的光没有反射回来,我们的眼睛就看不到任何东西,只是黑色一片。

因为黑洞是不可见的,所以有人一直置疑,黑洞是否真的存在。如果真的存在,它们到底在哪里?

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩,发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去,黑洞就变得像真空吸尘器一样

为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界,我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说,适用于行星、恒星,也适用于黑洞。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说,说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之,广义相对论说物质弯曲了空间,而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。

让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先,考虑时间(空间的三维是长、宽、高)是现实世界中的第四维(虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向,但我们可以尽力去想象)。其次,考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。

爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景:石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些,虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的,但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块,则将产生更大的效果,使床面下沉得更多。事实上,石头越多,弹簧床面弯曲得越厉害。

同样的道理,宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样,质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害得多。

如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动,它将沿直线前进。反之,如果它经过一个下凹的地方 ,则它的路径呈弧形。同理,天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进,而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。

现在再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然,石头将大大地影响床面,不仅会使其表面弯曲下陷,还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以宇宙出现,若宇宙中存在黑洞,则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。

现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球,会掉进大石头形成的深洞一样,一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且,若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。

我们已经说过,没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度,有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理,一切比其周围温度高的物体都要释放出热量,同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量,黑洞释放能量称为:霍金辐射。黑洞散尽所有能量就会消失。

处于时间与空间之间的黑洞,使时间放慢脚步,使空间变得有弹性,同时吞进所有经过它的一切。1969年,美国物理学家约翰 阿提 惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。

我们都知道因为黑洞不能反射光,所以看患�T谖颐堑哪院V泻诙纯赡苁且T抖�制岷诘摹5�⒐���锢硌Ъ一艚鹑衔�诙床⒉蝗绱蠖嗍�讼胂笾心茄�凇Mü�蒲Ъ业墓鄄猓�诙粗芪Т嬖诜�洌��液芸赡芾醋杂诤诙矗�簿褪撬担�诙纯赡懿⒚挥邢胂笾心茄�凇?
霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子,这些粒子在太空中成对产生,不遵从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后,有的就会消失在茫茫太空中。一般说来,可能直到这些粒子消失时,我们都未曾有机会看到它们。

霍金还指出,黑洞产生的同时,实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中,另一个则会逃逸,一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。对观察者而言,看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。

所以,引用霍金的话就是“黑洞并没有想象中的那样黑”,它实际上还发散出大量的光子。

根据爱因斯坦的能量与质量守恒定律。当物体失去能量时,同时也会失去质量。黑洞同样遵从能量与质量守恒定律,当黑洞失去能量时,黑洞也就不存在了。霍金预言,黑洞消失的一瞬间会产生剧烈的爆炸,释放出的能量相当于数百万颗氢弹的能量。

但你不要满怀期望地抬起头,以为会看到一场烟花表演。事实上,黑洞爆炸后,释放的能量非常大,很有可能对身体是有害的。而且,能量释放的时间也非常长,有的会超过100亿至200亿年,比我们宇宙的历史还长,而彻底散尽能量则需要数万亿年的时间

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。

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可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。

等恒星的半径小于一特定值(天文学上叫“施瓦西半径”)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。说它“黑”,是指任何物质一旦掉进去,就再不能逃出,包括光。实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到。

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,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。

质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。

这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即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”诞生了。

与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。

更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!

“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。

按组成来划分,黑洞可以分为两大类。一是暗能量黑洞,二是物理黑洞。暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成,它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转,其内部产生巨大的负压以吞噬物体,从而形成黑洞,详情请看宇“宙黑洞论”。暗能量黑洞是星系形成的基础,也是星团、星系团形成的基础。物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成,具有巨大的质量。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时,我们称之为奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大,可以有太阳系那般大。但物理黑洞的体积却非常小,它可以缩小到一个奇点。

黑洞吸积

Ramesh Narayan、Eliot Quartaer 文 Shea 译

黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的,这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时,它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。

天体物理学家用“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一,而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期,当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天,恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂,进而通过吸积周围气体而形成的。行星——包括地球——也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。但是当中央天体是一个黑洞时,吸积就会展现出它最为壮观的一面。

然而黑洞并不是什么都吸收的,它也往外边散发质子.

爆炸的黑洞

黑洞会发出耀眼的光芒,体积会缩小,甚至会爆炸。当英国物理学家史迪芬·霍金于1974年做此语言时,整个科学界为之震动。黑洞曾被认为是宇宙最终的沉淀所:没有什么可以逃出黑洞,它们吞噬了气体和星体,质量增大,因而洞的体积只会增大,霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃,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释放出能量,同时消耗黑洞的能量和质量,这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计,而小黑洞则以极高的速度辐射能量,直到黑洞的爆炸。

奇妙的萎缩的黑洞

当一个粒子从黑洞逃逸而没有偿还它借来的能量,黑洞就会从它的引力场中丧失同样数量的能量,而爱因斯坦的公式E=mc^2表明,能量的损失会导致质量的损失。因此,黑洞将变轻变小。

沸腾直至毁灭

所有的黑洞都会蒸发,只不过大的黑洞沸腾得较慢,它们的辐射非常微弱,因此另人难以觉察。但是随着黑洞逐渐变小,这个过程会加速,以至最终失控。黑洞委琐时,引力并也会变陡,产生更多的逃逸粒子,从黑洞中掠夺的能量和质量也就越多。黑洞委琐的越来越快,促使蒸发的速度变得越来越快,周围的光环变得更亮、更热,当温度达到10^15℃时,黑洞就会在爆炸中毁灭。

关于黑洞的文章:
自古以来,人类便一直梦想飞上蓝天,可没人知道在湛蓝的天幕之外还有一个硕大的黑色空间。在这个空间有光,有水,有生命。我们美丽的地球也是其中的一员。虽然宇宙是如此绚烂多彩,但在这里也同样是危机四伏的。小行星,红巨星,超新星大爆炸,黑洞……
黑洞,顾名思义就是看不见的具有超强吸引力的物质。自从爱因斯坦和霍金通过猜测并进行理论推导出有这样一种物质之后,科学家们就在不断的探寻,求索,以避免我们的星球被毁灭。
也许你会问,黑洞与地球毁灭有什么关系?让我告诉你,这可大有联系,待你了解他之后就会明白。
黑洞,实际上是一团质量很大的物质,其引力极大(仡今为止还未发现有比它引力更大的物质),形成一个深井。它是由质量和密度极大的恒星不断坍缩而形成的,当恒星内部的物质核心发生极不稳定变化之后会形成一个称为“奇点”的孤立点(有关细节请查阅爱因斯坦的广义相对论)。他会将一切进入视界的物质吸入,任何东西不能从那里逃脱出来(包括光)。他没有具体形状,也无法看见它,只能根据周围行星的走向来判断它的存在。也许你会因为它的神秘莫测而吓的大叫起来,但实际上根本用不着过分担心,虽然它有强大的吸引力但与此同时这也是判断它位置的一个重要证据,就算它对距地球极近的物质产生影响时,我们也还有足够的时间挽救,因为那时它的“正式边界”还离我们很远。况且,恒星坍缩后大部分都会成为中子星或白矮星。但这并不意味着我们就可以放松警惕了(谁知道下一刻被吸入的会不会是我们呢?),这也是人类研究它的原因之一。
我们已经了解了他可怕的吸引力,但没人清楚被吸入后会是怎样的一片景象。对此,学者、科学家们也是莫衷一是,众说纷纭的。有人认为,被他吸入的物质会被毁灭。有的人则认为,黑洞是通往另一宇宙空间的通道。到底被吸入之后会如何我们也不得而知,也许只有那些被吸进去的物质才了解吧!
黑洞只是宇宙千千万万奥秘中的一员,但我们探求它的小部分秘密就不知花费了多少时间,一代人的力量是有限的,但千百万代人的力量汇聚在一起就一定会成功,相信我们以及我们的后代在不久的将来会将黑洞以至整个宇宙的奥秘完全探求出来。

恒星,白矮星,中子星,夸克星,黑洞是依次的五个密度当量星体,密度最小的当然是恒星,黑洞是物质的终极形态,黑洞之后就会发生宇宙大爆炸,能量释放出去后,又进入一个新的循环.

另外黑洞在网络中指电子邮件消息丢失或Usenet公告消失的地方。
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第1个回答  2006-11-03
实际上,黑洞概念的提出已经有200多年了。1783年,英国人约翰·米歇尔(John
Michell)第一个提出丰在质量足够大并足够紧密的恒星——它的引力是如此强大,以致
连光线都不能逃逸。几年后,法国科学家皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯(Pierr—Simon
de Laplace)也在他的《世界系统》一书中提出了和米歇尔类似的观点,但非常有趣的
是,此书的第三版和以后的版本中再也不提此事了,或许他觉得这个想法过于荒诞了。
在一个多世纪以后,德国的天文学家卡尔·施瓦西 (Karl Schwarzschild)于1916年求解
出了爱因斯坦广义相对论方程的第一个严格解。这个解预示可能存在一类巨大天体,这
就是60年代后人们所称的“黑洞”。第一次“看到”黑洞是在1971年,那时通过1970年1
2月12日美国发射的小型天文卫星 “自由号”(Uhuru),发现了一个来自天鹅座区域的很
强的x射线脉冲源,它被命名为天鹅座x-l,这是第一个被具体确认的黑洞。从那以后,
黑洞变成了天体物理学的热门课题。今天,我们对黑洞的形成过程已有很多了解,简单
地说,黑洞是质量巨大的恒星在超新星爆发后坍缩(即自身极强烈的收缩)而成的。我们
可以把黑洞想像成一个巨大的“磨碎机”,它把吸进的物质磨碎。它的中心被称为“磨
碎点”,也就是所谓的“奇点”。在此“奇点”,科学定律和我们预测未来的能力都失
效了。黑洞的边界被确为“视界”,这是一个有去无回的界面,只要跨过这一界面就落
入了黑洞的内郡。不过假设有人不幸掉进去的话,他首先看到的是被黑洞捕获的光线,
而且这些光线呈螺旋状进入引力旋涡。

逐渐展露面目的黑洞

人们猜想包括银河系在内的众多星系的中心区域都有许多黑洞。有许多迹象都支持这种
猜想。我们可以观测到,太空中有一些物质围绕一个中心极快地旋转,这表明存在一个
引力巨大的引力中心——黑洞。而黑洞及其伴星发射的X射线辐射则将研究带到了更清晰
的层面。第一个落网的黑洞是天鹅座X-1,它的质量是太阳的6倍,距地球8000光年。这
个黑洞的伴星是一个质量超过太阳20倍的蓝超巨星,它发射的气体尘埃形成一个称为 “
吸积盘”的气体圆盘,正是这个吸积盘表明了黑洞的存在。

在我们的银河系内,其他一些天体也已呈递了表明自已黑洞身份的证书。例如,距
地球8000光年的AO620-00和尚未测出距离的GX339-4,与麦哲伦云毗邻的两个天体LMCX-l
和LMCX-3等。其他河外星系中同样发现了可能的黑洞,它们以每秒千万公里的速度吸进
星际气体并喷出强大的射流。

目前已知的保持最高纪录的黑洞是质量超过太阳50亿倍、位于室女座的M87星系。在
这个黑洞面前,我们的星球简直是轻如鸿毛。

许多星系的核心都可能隐藏着相当数量的黑洞,如同银河系的核心那样,那里是许
多年老恒星的共同坟墓。一个有待验证的黑洞是人马座A,它是一个双星系统,而且应该
有一个巨大的吸积盘,并能发射巨大的能量。它虽然还不敢与M87星系的实体竞争,但也
非同小可——其质量可能是太阳的350万——500万倍。

跳舞的恒星

某些情况下,一个双星系统可以演化为黑洞。在已变成黑洞的恒星周围仍有一个可见的
伴星在旋转,从伴星表面被吹起来的气体物质落向黑洞,围绕它旋转,形成一个圆盘。
惠勒形象地将这种现象比喻为两个舞蹈演员在跳华尔兹——穿深色衣服的黑洞带领穿白
色衣服的女舞伴旋转。而从恒星舞蹈中涌出的X射线使我们察觉了黑洞的存在。这种看法
被罗马天文台的路易吉 ·斯泰拉(Luigi Stella)和罗马第三大学的马里奥·维耶特里
(Mario Vietri)于1997年11月的发现进一步证实。根据罗西X射线时变探索者号天文卫星
(简称RXTE) 的观察结果,两位科学家指出,从密度很大的天体发射出的X射线辐射是
受时空拖曳这一特殊现象支配的,而这种现象只能以黑洞的存在来解释。

假如你跳进黑洞

如果有两艘宇宙飞船在空间一前一后驶向一个旋转的黑洞,第一艘飞船准备勇敢地牺牲
自己,而你在第二艘飞船观察它的“表演”,你将会看到怎样的情景呢?设想在第一艘
飞船上的是一位“智能”机器人,在接近视界,即到达有去无回点的黑洞边界时,机器
人宇航员走出飞船去迎接死亡。他将被黑洞最近部位极强的引力吸引碎成两半,然后在
刚接近时空突然消失的奇点 (黑洞中心)时就毫无察觉地被吞没了,飞船也在被吞没前被
强大的引力撕得粉碎。这个引力有多大呢?对一个质量与太阳相当的黑洞而言,一个2米
高的人在通过它的视界时必须承受相当于地球表面10亿倍的重力加速度。为了不落入黑
洞,你必须借助足够大的发动机的推力将飞船停靠在安全距离内或围绕黑洞飞行。在你
看来,准备牺牲的飞船似乎用了无穷尽的时间接近黑洞,而且飞船的速度越来越慢,同
时改变了颜色,但在你能够看到飞船处于静止之前,飞船就从眼中消失了。之所以产生
这种现象,是因为根据相对论,时间的流逝取决于观察者的速度 。

这次黑洞之旅我们看到,一个旋转的黑洞就像一个旋转的中间有孔的圆盘。它有两
层界面,里面的一层即为视界,外面的一层则被称为“静止界限”或无限红移面。在这
两个界面之间的是一个特殊的区域,称为“能层”。在静止界限上,时间被“冻结”,
辐射被无限地红移,飞船停留在一个固定点上,飞船上的机器人宇航员看到的星空将不
再变化,而黑洞则在他的脚下急速旋转。如果越过静止界限,进人能层,飞船将被拖人
旋转的运动。

能层有一个令人惊奇的特性,玉如英国数学家罗杰·彭罗塞(Roger Penrose)指出的
那样,进入其中的物体的能量可以变成负值。我们不妨将这个物体想像成一个负有能量
债务的人,当黑洞俘获这个物体时,黑洞的能量不是增多而是减少了,因为黑洞必须“
偿还”它的猎物欠下的能量债务。

神奇的黑洞之旅

假如有魔法使一个宇航员能乘飞船安然无恙地钻到黑洞内部,那他就会给我们讲述许多
惊人的事。由于场面是一个旋转着的黑洞,那他讲述的就可能是经过能层的情景,在那
个区域中的一切运动都按黑洞旋转方向转动。钻到这个地区后,飞船也可能会不停地上
下升降,从这个区域进进出出。当然这要有足够的燃料。

如果我们倔强的宇航员决心再往前走,一直钻到被称为视界的第二个界面,他会发现,
在某些条件下,由于极强的离心力,飞船会留在那里永远旋转而不再下沉,但也没有出
来的可能性。这一情形类似露天游乐场转动的大圆筒,它把人挤压在筒壁上,只要圆筒
一直旋转人就无法移动。

黑洞本身就是一个神秘的物体,它像一台失控的计算机,可以吞下任何信息同时又能把
掉进去的任何东西的内容毁坏。我们能收集到的有关黑洞的物理特性只有三个,即质量
、角动量和电荷。其余则是一堆无用的信息,它们对弄清黑洞内部的物质特性毫无帮助
。在奇点,即黑洞中心密度无限大的点上,爱因斯坦的广义相对论和由此而推导的时空
定律将全部失效,不再具有“公民”的权利。

但是伟大的黑洞理论家、英国天体物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)以巧妙的脱
身之计在视界找到了关于黑洞胃口的宝贵信息。黑洞吸进的物质越多就越增加它的质量
,越扩大它的视界。这是一个如此快速的能量交换场面,连大自然都难以察觉。

和不转动的施瓦西黑洞相比,转动的克尔黑洞的内部结构要复杂得多。它的奇点是一个
平躺在赤道面上的圆环,而不再是一个点。如果宇航员穿过这个环就到达对面的区域,
那里有一个白洞,它像一个弹射器,能把宇航员立即“发射”到有待发现的外部世界,
即另一个宇宙中。另外,在克尔黑洞的真实视界边界以内还有着第二个视界(内视界)。
这个球形面包围开“保护”着圆环状的奇点,内、外视界间的区域不受奇异性的影响(指
从奇异环发出的信号不可能逃出内视界)。随着黑洞角动量的增大,内视界膨胀而外视界
收缩,二者趋于重合。

令人向往的宇宙生态城

转动的黑洞有一个非常有趣的特性,这就是著名的彭罗塞过程。彭罗塞于1969年指出,
在能层中,当物质粒子的转动方向与黑洞相反时,粒子的能量相对于无穷远是负值。如
果一个粒子从远处落入能层,并在能层中分裂成一个与黑洞转动方向相反,另一个方向
相同的两个粒子,那么当转动方向相同的粒子离开能层,飞离黑洞,而另一个落人黑洞
视界时,飞离黑洞的粒子能量将大于原来的粒子。

利用能层的这一特性,希腊物理学家德梅特里奥斯·克里斯托多罗(Demetrios
Christodoulou)想出一个很巧妙的方法从黑洞中提取能量。这就是向能层投物质,一部
分物质被视界吸入后获得负能,另一部分则装载宝贵的能量被发射出来,这些能量比原
来物质所积聚的少量能要多得多,特别是没有废料的问题。

具体设想是围绕黑洞建造一个巨大的钢性骨架,当然要离黑洞足够远,以避免过大的潮
汐力的作用。然后在这个骨架上建设一座工业城市,将每天数百万吨垃圾收集起来,装
上小车,倾人黑洞。小车一辆接一辆沿螺旋线落向黑洞,每辆车在进入能层并到达“抛
射点”时,一个自动装置打开,把垃圾倒进仔细设计好的与黑洞转动方向相反的轨道上
。黑洞由于捕获垃圾而稍稍减小了转动速度,与此同时,空车以增大的能量离开能层,
最后被一个巨大的转子回收,释放出大量的转动能。这个转子是接在发电机上的,于是
就可以为城市提供电力。由每辆小车的回收所净得的能量等于抛出垃圾的质量能量再加
上黑洞本身质量能量的一部分。

这确是一个聪明的方案,城市居民不仅把垃圾的全部质量转变成了电能,而且还提
取了黑洞的一部分能量。不过每次倒进和回收的操作会使黑洞旋转速度放慢,最后理想
城市的创意者就将这个环形城市像陀螺一样转到另一个新黑洞的周围,继续同样的过程
。这的确是一个令人向往的生态城市。

实际上,彭罗塞过程不只是一种趣谈。黑洞转动能量的提取,有可能已经在自然的
天体物理条件下,正通过一个适当分布的外部磁场而实际发生着。

不同宇宙间的走廊

黑洞这个贪吃的掠夺者不再把物质归还到我们的宇宙,而是在它们内部深深地隐藏了起
来,不让我们看到。但纯理论研究却显示黑洞存在一个完全相反的对立面:白洞。这是
一块任何物质都绝对进不去的领地,但却可从里面出来。人们假设在白洞和黑洞间有被
称为虫洞的隧道相互连接。物质从白洞的奇点跳出来,在白洞奇点物理定律不管用了,
因果关系也不见了,以致在这一区域物质形态也不存在了。

但是,彭罗塞确定,如果黑洞奇点的存在是由于它是我们的宇宙的组成部分,那么白洞
奇点既不能因我们的宇宙而存在也不能单独存在,就是“宇宙监督”假说。正是这个假
说否定了我们宇宙间存在白洞的可能。

因此白洞的祖国就转移到别的地方,让我们看看是怎么回事。在宇宙起源时突然膨胀的
时代可能形成了许多隧道,像蛀虫钻孔一样,故称为“虫洞”。根据惠勒的看法,这些
隧道把黑洞视界的内部区域和白洞视界的内部区域连接起来而没有奇点,这样虫洞就成
为空心管道,就可能将从黑洞吸进的物质通过空心管道再从白洞排出。物质所作的旅行
可以被看作从它熟悉的宇宙出发,掉进一个有去无回的洞中,但却在完全陌生的、不同
的宇宙中获得新生。

黑洞间可以相互联姻

现在,进入黑洞的是恒星尘埃、气体、光、有机器人宇航员的宇宙飞船以及待转换成能
量的垃圾。不管怎样,被俘获的物质只会增加黑洞本身的质量,同时也扩大它的半径和
表面。如果质量增加一倍,半径也增加一倍,而视界的面积则增加四倍。那它是否会永
远增加下去呢?霍金首先做了一个断然的回答:既然证实黑洞不会再缩小,那它就会继
续无限地增大。由于是延续的,所以增大是逐步的。不过有一个特殊情况,那就是两个
黑洞可能相互接触和碰撞,在互相吸引的过程中一个黑洞进人另一个黑洞,两个黑洞变
成一个单一黑洞,而这两个黑洞的全部组成要素被保留下来。更大的单一黑洞又可能与
另一个黑洞相撞等等,这样就产生质量和体积更大的黑洞。

人们认为,在相撞的过程中,大约有千分之一的黑洞静能释放出来,以引力波形式向宇
宙空间散发,速度和光一样,它的面积不断扩大,黑洞的熵也增大。就是说内部“混乱
”在增长,即有关吸入物质的信息无法使用,也无法补救,好像一台计算机偶然把刚写
好文章的字母弄乱一样。因此黑洞中只能传出描述它的三个信息:质量、角动量 (指黑
洞的转动)和电荷。惠勒把这种信息比作秃子头上只有三根头发,我们不可能了解掉进去
的物质是什么。在这三种信息的基础上可以对黑洞进行划分:没有角动量也不带电荷的
施瓦西黑洞,它具有“奇点”和“视界”的特性;具有角动量但不带电荷的克尔黑洞;
以及具有角动量并带电荷的黑洞。此外,还可以从黑洞的起源进行区分。但最新的分类
是依靠“颜色”。这看来好像有点荒唐,内部不射出一束光线的黑洞怎么可以是彩色的
呢?实际上,这里所说的颜色不是通常的红、 蓝、绿等光的颜色,而是用来区分夸克的
不同状态“色”。夸克是组成质子和中子的更小的基本粒子。对我们的天体物理学家来
说,在追踪无限小到无限大,又从无限大到无限小的过程中收集黑洞的不同“颜色”的
追逐开始了。

黑洞最后的命运:大爆炸

在黑洞不断增大的假设中,黑洞的生命永远不会停止。但有一个预示性的停止,正是由
同一位霍金做出的,他把黑洞比作一个不断充气的气球。1976年,霍金在《自然》杂志
上发表文章指出,黑洞会不断蒸发直到最后爆炸而消失。

今天这种理论已被普遍认同。人们认为有可能“看到”黑洞的最后的闪烁,就是能从高
能电磁波中观测到的黑洞最后爆炸时发射的γ射线。

黑洞总是贪吃的,它们的终结正是由于狼吞虎咽地吃了某种消化不了的东西:带“负能
”的粒子。带负能的粒子与提供正能的粒子一起来源于能层,但那些提供正能的粒子被
推到了黑洞外面,而黑洞则吞下了带负能的粒子,这样它们就不得不用消耗自己能量的
代价来弥补债务。因此黑洞的质量减少了,并开始了一个不断蒸发的过程。黑洞越来越
小,越来越热,它的能量在空间散失,最后这个老掠夺者就爆炸和消失了。

黑洞的大小不同,蒸发程度也不相同。

现在我们换个话题,不谈从恒星坍缩产生的黑洞。科学家认为,大爆炸后立即产生
出宇宙,那时形成了许多极小的黑洞:它们大小像一个质子但重量达亿万吨。质量巨大
和温度极高的微型黑洞正是蒸发现象的理想发生地。

现在,这些微型黑洞多数已经消失了,但另外一些爆炸正在发生之中。据天体物理
学家说,有可能利用一个正在蒸发的微型黑洞来代替我们的太阳。这个微型黑洞的质量
为月球质量的1/1000,但直径只有0.0005毫米。

这样一个微型黑洞的温度为几千度,接近太阳表面温度,而且持续辐射能量的时间
长达1034年,如果和已知的宇宙年龄150亿年相比,时间是足够长了,如果和太阳100亿
年的寿命相比,更可以说是一个永久性能源了。

开放与封闭的宇宙

被视为天空灯塔的类星体,是与恒星相似的光源,但却远在几十亿光年之外。典型的类
星体虽然比任何的银河系都小,但它却能散发出巨大的能量,比银河全部恒星发射的能
量还多200倍。现在认为类星体只是一个黑洞,它的质量比太阳质量大几亿倍,而且在不
断吸收物质,不断长大,并在周围引起粒子的喷射。惠勒认为,类星体是活跃黑洞的物
理特性最为壮观的表现。

在宇宙的进化中,黑洞的作用是不相同的。根据爱因斯坦的广义相对论,对目前膨胀中
的宇宙存在两种可能的命运。如果物质密度超过一定限度,称为临界密度,宇宙就停止
膨胀并开始收缩,还是封闭宇宙的场面。如果没有达到临界密度,继续膨胀,我们面对
的是一个开放的宇宙。

在封闭的宇宙中,黑洞不断吸收物质并且不断地增大。由于它们越变越大,因此就能找
到更近的物质,之后与其他黑洞相撞产生更大的黑洞。最后把宇宙中的物体都吸进去,
宇宙中只剩下它们自己。甚至可以说宇宙像是惟一的一个黑洞。但实际上,封闭的宇宙
有一定的 年龄,到一定时期就开始收缩,在宇宙成为单一的黑洞之前,封闭的宇宙就
会因收缩而毁灭。 在开放的宇宙中,膨胀在无限制地继续着,由于物质不断散失
和离开,黑洞间相撞的可能性也日益减少。这个掠夺者的命运只能是在蒸发现象中毁掉
。时间呢?长极了。一个黑洞全部蒸发所需的时间是与其质量的三次方成正比。一个质
量与太阳相同的黑洞,它消失的时间将是目前宇宙年龄的1054倍。

但对各星系中心的最大的那些黑洞来说,它们在无限膨胀的宇宙中都将全部蒸发。
最终留下来的是一个稀薄的、温度接近绝对零度的宇宙,而残存下来的只有质量为零的
粒子,如中微子和光子。
第2个回答  2006-11-01
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。

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可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。

等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)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。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到。

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。

我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。

质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。

这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即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”诞生了。

与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。

更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!

“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。

参考资料:http://www.hongen.com/art/twdg/cyztm/tc0011.htm

第3个回答  2006-11-07
黑洞是一个时空的黑暗区,由一些质量颇大的星体经重力塌缩后,所剩余的东西就成了黑洞。它的基本特徵是有一个封闭的视界,这视界就是黑洞的边界,一切外来的物质和辐射可以进入这视界以内,但视界内任何物质都不能从里面跑出来。我们可用一句”有入无出”来形容它.

黑洞产生之谜?
当一颗质量相当大的星体之核能耗尽(超新星爆发)后,残骸质量比太阳质量高3倍的恒星核心会演化成黑洞(若中子星有伴星,而中子星吸收足够伴星的物质,也能演化成黑洞)。在黑洞内,没有任何向外力能维持与重力平衡,因此,核心会一直塌缩下去,形成黑洞。

当物质掉进了事界,纵使以光速计算,也不能再走出来。

爱因斯坦以几何角度把黑洞解释为空间扭曲的洞,物质随空间而行,如果空间本身就是洞,是没有物质可逃出的。

黑洞分为四种:

恒星演化出来的黑洞、原始黑洞、重量级黑洞和研究中的中量级黑洞。

黑洞也有界限?

当一个黑洞形成后,所有物质都会向中心塌缩成一个非常细小的质点,称为奇点,黑洞的表面层称为「事件穹界」。

而这表面层和中心奇点的距离就是史瓦半径。任何物质要从黑洞的史瓦半径跑到外面去,它的逃离速度便要大於光速。

但根据狭义相对论,光速是速度的极限,因此,一切物质到了事件穹界便扯向中心的奇点,永不能逃出来。

黑洞是看不见的吗?

黑洞是个因为重力太强以致连速度最快的光也无法脱离的天体。黑洞周围的时空也受到重力的影响而扭曲,产生了一个"事地平面",任何物质只要被它吞噬就再也逃脱不出这范围,它的半径称为"重力半径"。由於连光也无法脱离,所以无法看到事象平面之内侧。

黑洞之发现?

於1990年4月27日,哈勃太空望远镜 Hubble Space Telescope的启用,为人类探索太空揭开了新的一页,虽然在制造时出了错误,使影像大打折扣,可是仍对天文学有莫大的贡献。

近来,人类对一直只是存在於理论范畴内的黑洞,已透过哈勃太空望远镜,有了进一步的证据。於仙女座大星系M31附近的M32发现了一个质量大於太阳三百万倍的黑洞。M32是在我们的银河系附近,距离地球2.3百万光年的星系。它是人类所知密度最高的星系,於直径只有一千光年的范围内(我们的银行河系直径约十万光年),包含了四百万颗星,中心和密度是我们的银河系100个一百万倍左右。假设你生活於M32中心的行星上,你会见到一个密布星光的夜光,光度比一百倍满月还要亮。科学家是由星星於该星系的活动,及其中心密度而推测的。此星系内之星星移动速度较其它一般星系每秒快了100公里。

齐来寻找黑洞吧!

由於黑洞不能发出光线,体积又非常细小,所以是不可能用天文望远镜规测得到地的。但根据理论,如果一对双星中的伴星是黑洞,那麼主星的物质被吸引向黑洞而形成一个吸积环。由於吸积环的物质互相摩刷而引起高温,因而辐射X光线。於是,黑洞搜索者就将重点於X射线密近双星上。

1962年,人们探测所得,位於天鹅座鹅颈内有一股X射线,并将该源命名为是非常有可能是一黑洞。天鹅座X-1是一 X射线源,它的一颗子星 是超蓝巨星,那可能是黑洞而看不见的子星质量。
第4个回答  2006-11-03
在宇宙中有一些引力非常大却又看不到任何天体的区域,称之为黑洞。
黑洞是位居宇宙空间和时间构造中的一些深不见底的类似井状的东西,具有极大的吸引力,包括光在内的任何物体都无法逃脱。它既不向外散发能量,也不表现出任何形式的能量,人们根本无法看到它。
一般认为,黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成。
黑洞在一般情况下是无法被发现的,但是如果在它附近有气团,则会产生飞向黑洞的气流,于是气流也暴露了黑洞的位置。
黑洞按照组成来分可以分为两大类:
一是暗能量黑洞,主要由高速旋转的巨大的暗能量组成,它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转,其内部产生巨大的负压以吞噬物体,从而形成黑洞。
二是物理黑洞。它由一颗或多颗天体坍缩形成,具有巨大的质量。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时,我们称之为奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大,可以有太阳系那般大。但物理黑洞的体积却非常小,它可以缩小到一个奇点。
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