根據(jù)現(xiàn)有可確信的資料分析所謂

根據(jù)現(xiàn)有可確信的資料分析所謂“黑洞”究竟是什么？中國科學(xué)院力學(xué)研究所吳中祥1.引言：今年諾貝爾物理學(xué)獎都與“黑洞”有關(guān).瑞典皇家科學(xué)院在新聞公報中說，彭羅斯使用巧妙的數(shù)學(xué)方法證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結(jié)果。他證明了黑洞確實可以形成，并對其進行了詳細描述。他的開創(chuàng)性論文被認為是愛因斯坦之后對廣義相對論的最重要貢獻。一篇科普文章解釋：彭羅斯用巧妙的數(shù)學(xué)方法論證了黑洞可以形成，并對其進行了詳細描述：在黑洞的核心隱藏著一個奇點，它的時空曲率無窮大，密度也趨于無限大。一旦物質(zhì)開始坍縮，就沒有什么能阻止坍縮的繼續(xù)，所有物質(zhì)只能沿一個方向走向奇點。這是一條通往時間盡頭的“單行道”。黑洞引力非常強大，甚至連光線也無法逃逸，沒有光線射出的邊界稱為“事件視界”。直接窺視黑洞是不可能的——黑洞所有的秘密都藏在它的事件視界內(nèi)。但是，星星為孜孜以求的科學(xué)家們指明了方向公報還說，自上世紀(jì)90年代初以來，根策爾和蓋茲分別領(lǐng)導(dǎo)一個科研小組，用各種先進的望遠鏡觀測銀河系中央一個名為“射手座A*”的區(qū)域。他們都發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)量非常大且看不見的天體：在不超過太陽系的空間中聚集了約400萬個太陽的質(zhì)量，使周邊恒星急速旋轉(zhuǎn)。這一開創(chuàng)性工作提供了迄今為止最令人信服的證據(jù)，即銀河系中央有一個超大質(zhì)量的黑洞。諾貝爾物理學(xué)獎評委會主席戴維·哈維蘭德表示，今年獲獎?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了致密和超大質(zhì)量天體研究的新領(lǐng)域。但這些奇異天體還有很多問題急需解答。他說：“不僅有關(guān)于它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題，還有關(guān)于如何在黑洞周邊的極端條件下測試我們的引力理論的問題。”蓋茲在現(xiàn)場電話連線時說：“科學(xué)對人類至關(guān)重要，我非常熱衷于教導(dǎo)年青一代提問和思考的能力，這對世界至關(guān)重要?！彼硎?，促使她進入該研究領(lǐng)域的，“首先是懷疑與興奮等綜合因素，我們?nèi)匀徊恢篮诙粗杏惺裁?，這是令人著迷的一部分，這將有助于推動

我們?nèi)チ私庑率澜纭?。但這些對“黑洞”的基本特性，認識還很差，甚至許多是錯誤的，尚需認真研究、分析！2.一切物體都在宇宙間運動,什么是”宇宙”?一切物體都是宇宙中的一部分，首先應(yīng)了解什么是”宇宙”?早在我國戰(zhàn)國時期，哲人[尸佼]{尸佼是我國戰(zhàn)國時期著名的政治家、道家等思想家，先秦諸子百家之一?！妒酚浢献榆髑淞袀鳌吩?"楚有尸子、長盧(長盧子)。世多有其書故不論其傳云。"魏國曲沃(今山西省曲沃縣)人，另一說法是山東人。明于刑名之術(shù)，被稱為"尸子"。}，就在其著作《尸子》中寫道:“上下四方曰宇；古往今來曰宙”。就辯證唯物，精辟、全面、簡明地，給出了“宇宙”，也就是“時空”，的確切定義。宇宙、時空，都是向量。上下四方，共3維，即：宇、空間，各方向都可有，正、反，雙向的矢量；古往今來，僅1維，即：宙、時間，只有一個方向，不能，今往古去，只是單向的矢量，時間也是空間各維的參量。而且，特別講明，他所說的是4“方”，即：“正交系”?，F(xiàn)在我們通用的，愛因斯坦狹義相對論，表達時空位置(距離、長度)的閔可夫斯基矢量r(4)[1線矢]，就是采用：“整數(shù)”的，+、-“1”，表達空間r(j),j=1,2,3各維的雙向、“虛數(shù)”的“i”，表達時間r(0)=ct的單向，c表示所在均勻介質(zhì)中的光速，t表示時間。而有：正交系，平直坐標(biāo)r(4)[1線矢]=ir(0)[0基矢]+r(j)[j基矢],j=1,2,3j求和=ir(0)[0基矢]+r(3)[(3)基矢],當(dāng)r(3)>>r(0)，即遠程，則：[0基矢]項可以忽略，就是經(jīng)典物理學(xué)的3維空間矢量。當(dāng)r(3)<<r(0)，即近程，則：經(jīng)典物理學(xué)的3維空間矢量可以忽略?？梢?，只有r(3)/r(0)，可忽略條件下，因[0基矢]項可以忽略，才能近似地使用經(jīng)典物理學(xué)的3維空間矢量，而在通常條件下，r(3)/r(0)是可以忽略的，可使用經(jīng)典物理學(xué)的3維空間矢量。而國際物理學(xué)界，卻是直到，邁克爾遜光學(xué)實驗表明：經(jīng)典物理學(xué)必然的伽利略變換不成立，而引起的經(jīng)典物理學(xué)危機，由狹義相對論得到解決。才認識到：對r(3)/r(0)，不可忽略的條件下，就必須采用閔可夫斯基4維時空矢量，表達時空位置(距離、長度)。3.電中性、帶正或負電荷，以及聲子、光子，共4種、“量子”人們從實踐中認識到：一切物體，都有質(zhì)量，都實際上是大量微觀“粒子”的“封閉系統(tǒng)”，即：其中包含全部有相互作用的各微觀粒子，它們的動量、能量，可以變換、交換，但總量不變，當(dāng)其本身尺度與其相互作用范圍相比可以忽略，就可當(dāng)作是：其全部質(zhì)量集中于其質(zhì)量中心的1個“點”，的“粒子”，因其有不變的，總動量、總質(zhì)量，即結(jié)合能，而都是“量子”。實際上，各種電中性的量子，都是由等量帶有正和負電荷“粒子”的組合體。分別帶有正或負電荷的粒子，當(dāng)其本身尺度與其相互作用范圍相比可以忽略，就可當(dāng)作是：其全部質(zhì)量集中于其電荷量中心的1個“點”，的“粒子”，它的質(zhì)量可由相應(yīng)電荷量按相應(yīng)的量綱分析得到，也也確定的動量與能量，也是“量子”。這就認識到，電中性、帶正或負電荷，的2種“量子”。宇宙間各星體、星系、黑洞等，以及各基本粒子、原子，分子，等，都是粒子集團中，正、負電荷中和后，可以忽略其仍帶有多余電量，的電中性量子集團，與外界的相互作用就都可當(dāng)作一個具有其全部質(zhì)量的“電中性量子”。而且，在通常3維空間經(jīng)典物理學(xué)條件下，它們大多是3個軸長相差不大的橢球形(當(dāng)3個軸長的相等，就成為球形)，只是有具體結(jié)構(gòu)的晶體才各星體、星系、黑洞等，有各自元包的特定形狀，或生物的特定體型，對于，巨大質(zhì)量的，如宇宙間各星體、星系、黑洞等，就都均勻地顯示為3個軸長近似相等的近似球形。這就已經(jīng)表明：有巨大質(zhì)量的所謂“黑洞”并非一個巨大引力的“洞”，而是顯示為一個3個軸長近似相等的近似均勻的球形體，它的“球形”也已由所謂“第1張黑洞照片”，及其“轉(zhuǎn)動的視頻”所證實。當(dāng)正、負電荷中和后，仍帶有多余電量的粒子的數(shù)量不可忽略，的帶電粒子集團，與外界的相互作用，就，也才，可當(dāng)作一個還具有其全部正、負電荷中和后，仍帶有的全部正或負電荷量的“帶電粒子”。由于所有粒子都有其相應(yīng)的質(zhì)量，該粒子集團的質(zhì)量中心是由其中所有微觀粒子的質(zhì)量構(gòu)成；只是在正負電荷中和后，仍帶有電量的“帶電粒子”，才構(gòu)成該粒子集團的正或負帶電量中心；該粒子集團對外界的作用，就分別起著，電中性粒子與帶正或負電粒子，的作用。人們就從實踐中認識到，電中性和帶正或負電荷，的2種“量子”。由于時空動量的特性，這2種的質(zhì)量就表達為，運動質(zhì)量，m=m0/(1-(v(3)/(c或a*))^2)^(1/2),其中，m0是其靜止質(zhì)量，不=0，c、a*是所在介質(zhì)中的光速、聲速；還在2個量子相互作用的條件下，總結(jié)合能的差值，輻射出，m0=0的光子，或電中性量子在振動力或彈性力作用下，輻射相應(yīng)的聲子，或在導(dǎo)體或半導(dǎo)體能帶內(nèi)的電子或空穴，吸收或輻射相應(yīng)的光子而傳送相應(yīng)的電磁勢，或帶電粒子在電磁場內(nèi)韌致輻射相應(yīng)的光子。宇宙間所有物體，都是這4種“量子”的一種。m0不=0量子的結(jié)合能可由其運動質(zhì)量m和靜止質(zhì)量m0表達，m0=0量子的結(jié)合能，因m0=0、n=0/0，而不可由其運動質(zhì)量m和靜止質(zhì)量m0表達，只能由，hν，表達(ν是頻率(光或聲)，h是普朗克常量)，4.人們?nèi)绾文苤滥澄矬w的存在？人們只能由看到，，，或探測到，某物體發(fā)射或反射的光，或由某物體周圍圍繞它運動的可見星體的運動情況按引力規(guī)律，判定它的存在，并推算它的質(zhì)量。人眼，一般只能看到，紅到紫，色頻率的光，看不見紅外、紫外的光，由各種探測器也只能探測到紅外、紫外一定有限頻率范圍內(nèi)的光。當(dāng)物體的質(zhì)量巨大到，使人眼能看到的最高頻率的光子也不能逃出其視界，就看不見該物體，當(dāng)用各種探測器或有圍繞其周圍星體所受處于中心的，該物體的引力，發(fā)現(xiàn)其存在，并計算出其質(zhì)量，就可以判定該物體是一個所謂“黑洞”。可見，所謂“黑洞”，只是，其質(zhì)量巨大到，使人眼能看到的最高頻率的光子也不能逃出其視界，的物體，但是，并非沒有光線射出的邊界稱為“事件視界”?！昂诙础边€可以使更大動能的光子，不能逃出距其質(zhì)量中心相應(yīng)的距離，而且，它的質(zhì)量愈大，不能逃出光子的能量也愈大、距其質(zhì)量中心相應(yīng)的距離也愈遠，但是，更大動能的光子，還是能逃出的。這正是高能光子探測器，發(fā)現(xiàn)所謂“黑洞”的原因，也是能照出所謂“第1張黑洞照片”的“原理”。5.質(zhì)量大到如各類星體的表面和內(nèi)部的情況質(zhì)量較小的各“行星”(例如我們所在的地球，當(dāng)然，地球還有個獨有的特點就是有包括人類在內(nèi)的各種生物)表面通常是，有不同元素的，氣、液、或固，的各狀態(tài)；其內(nèi)部，特別是深層，就還有，甚至非常激烈的，自然地核聚變或裂變，時而產(chǎn)生各種大能量粒子，發(fā)熱、發(fā)光、發(fā)聲，的演變，乃至?xí)r而發(fā)生地震、火山爆發(fā)，等等，反應(yīng)、出現(xiàn)到表面，的現(xiàn)象；質(zhì)量較大各“恒星”表面卻是各輕元素仍在聚變，而激烈地發(fā)熱、發(fā)聲、發(fā)光，而且時而發(fā)生，例如，太陽表面的，日冕、磁爆，等等現(xiàn)象，就表明：其深層內(nèi)部存在激烈地地核聚變或裂變，產(chǎn)生各種大能量粒子、發(fā)熱、發(fā)聲、發(fā)光的演變。由此可見，各種星體，表面到內(nèi)部，的大致特性。所謂“黑洞”不過是其質(zhì)量大到能使人眼可見最大動能的光子不能逃出其視界的星體，其內(nèi)部深處，也會是與各星體相似的，存在更激烈地地核聚變或裂變，產(chǎn)生各種大能量粒子、發(fā)熱、發(fā)聲、發(fā)光的演變，發(fā)射強能量的各種基本量子，這也由高能粒子子探測器，發(fā)現(xiàn)所謂“黑洞”的事實所證實，而其表面，必然沒有各輕元素聚變，的激烈發(fā)熱、發(fā)聲、發(fā)光，因為，若如此，就不可能阻止最強的可見光逃出其可能的視界，而成為所謂“黑洞”。因此即使被吸入其視界之內(nèi)，也就可能是如從空中落到了地面(固態(tài)或液態(tài))，只是所受的重力相應(yīng)的加大了，并不會是所描述的那么奇特，哈！只要有相應(yīng)的防護設(shè)備，就應(yīng)能承受。5，按“廣義相對論”對所謂“黑洞”的分析由各星體的運動規(guī)律，按引力公式分析和時而探測到的強力輻射粒子，而發(fā)現(xiàn)各星系中心都存在看不見的巨大質(zhì)量區(qū)域，又有經(jīng)典物理學(xué)關(guān)于所謂“暗星”，廣義相對論和量子理論，對所謂“黑洞”、“奇點”的論述，按愛因斯坦廣義相對論導(dǎo)出的“引力場方程”的解，并經(jīng)量子化的各種所謂“量子引力理論”描述了一個，在黑洞的核心隱藏著一個奇點，它的時空曲率無窮大，密度也趨于無限大。一旦物質(zhì)開始坍縮，就沒有什么能阻止坍縮的繼續(xù)，所有物質(zhì)只能沿一個方向走向奇點。這是一條通往時間盡頭的“單行道”，的奇特“黑洞”?！胺蔷€性的廣義相對論引力場方程”是，愛因斯坦，考慮到非慣性牽引運動變換有時空彎曲特性，而放棄矢量，類比由庫倫(Coulomb)靜電定律轉(zhuǎn)變到馬克斯威爾(Maxwell)方程組的變換規(guī)律，而得出的“引力場方程”，可由圓柱型坐標(biāo)解得“引力波”。但是引力只是3維空間遠程的力，沒有時軸分量，沒有不同的能級，不能產(chǎn)生任何m0=0的粒子，不能形成任何波，也不由任何m0=0的粒子傳送。由“引力場方程”的解，得到的所謂“引力波”，實際上是，因類比電磁力，而在方程中混進了實際是電磁力的電磁波特性，當(dāng)然，就是如愛因斯坦所說“更多東西”。引力不可能產(chǎn)生任何波，LIGO等，用激光干涉原理測量大范圍微弱振動的設(shè)備，4次所測到的，已被具體、確切地論證，都不是，也不可能是“引力波”。但是對于與“波”和產(chǎn)生m0=0的粒子無關(guān)的問題，例如：所謂“廣義相對論3大驗證”的，水星近日點的進動、光子在引力作用下的紅移、偏折，就還能由“引力場方程”解得，并與實際觀測結(jié)果和按可變系時空多線矢計算的一致。其實牽引運動的變換應(yīng)是相應(yīng)正交歸一矩陣的矢量變換，本人按此創(chuàng)建的時空可變系多線矢物理學(xué)，就解決了非慣性牽引運動時空彎曲條件下的矢量運算問題。特別是，建立在愛因斯坦引力場方程對坍縮塵埃云的解里有一個被“事界”包圍的“奇點”，并將它一般化的基礎(chǔ)之上是其所謂“關(guān)鍵的技巧”。人們熟知，雖然引力場在r=0處確實有一奇點，但它卻是相互作用的兩物體的質(zhì)心重合于該點，這是不可能的，因而，并無實際意義，而須在其單連通區(qū)域內(nèi)從相應(yīng)的Green函數(shù)積分中扣除，實際上，電磁學(xué)理論就是這樣處理的。顯然這種研究方法就是原則上的錯誤，而其相應(yīng)的結(jié)論當(dāng)然不會正確。按愛因斯坦廣義相對論導(dǎo)出的“引力場方程”對坍縮塵埃云的解里被“事界”包圍的奇點，并將它一般化的基礎(chǔ)之上，并經(jīng)量子化的各種所謂“量子引力理論”所描述的“黑洞”，當(dāng)然，也只能是更為錯誤導(dǎo)出的東西。但是對于與“奇點”無關(guān)的問題，例如：由“引力場方程”解得施瓦西黑洞的施瓦西半徑，就能與按經(jīng)典物理學(xué)計算得到的一致。7，對所謂“黑洞”基本特性的具體分析現(xiàn)在，又有首張位于代號為M87的超巨橢圓星系中心“黑洞”的“事件視界”信息數(shù)據(jù)組成的圖像。因而我們就足以設(shè)想：在某區(qū)域內(nèi)，不均勻分布著大量靜止質(zhì)量不=0的粒子，其總體為電中性，總共有巨大的質(zhì)量M。其內(nèi)部，特別是深層的內(nèi)部，必然存在更激烈地核聚變或裂變，產(chǎn)生各種大能量粒子、發(fā)熱、發(fā)聲、發(fā)光的演變；這各種能量的粒子向外運動的過程，受到逐層增大的引力作用，而能量逐漸減小，其中，靜止質(zhì)量不=0的粒子的速度逐漸減小，光子、聲子，的頻率逐漸降低；設(shè)此區(qū)域的“邊緣”(即在其外，粒子密度相對地顯著降低)，是在：距此區(qū)域質(zhì)量中心r(3)0處。當(dāng)光子(動能為mc^2/2，質(zhì)量為m)，到達距該區(qū)域邊界(即：距該區(qū)域質(zhì)量中心r(3)0)處，該區(qū)域?qū)庾拥囊菽?GMm/r(3)0，因而，有：r(3)0=2GM/c^2，光子受該區(qū)域引力f(r(3))作用，并以初速v(3)0=c開始，繼續(xù)逃離該區(qū)域。區(qū)域質(zhì)量為M的質(zhì)量中心，就從r(3)0到r(3)1對該光子作功(忽略該區(qū)域外，相對地顯著降低了密度的粒子的引力)：W={dr(3)f(r(3))，從r(3)0到r(3)1積分}，直到消耗掉該光子的全部動能，mc^2/2，則：r(3)1也=2GM/c^2，而該光子就只能到達距該區(qū)域質(zhì)量中心r(3)2=r(3)0+r(3)1處，就動能完全消失。r(3)2=r(3)0+r(3)1=4GM/c^2，就是光子不能逃出該區(qū)域的界限。該區(qū)域(包括其內(nèi)的所有粒子)，就是所謂“黑洞”。由此可見：r(3)2與光子的m(=h光頻率/c^2)無關(guān)，但是，只要最大頻率的可見光(可見光波長7.8×10^-5～3.8×10^-5(紅色)頻率3.8×10^14～7.9×10^14(藍色)，不能逃離距質(zhì)量為M區(qū)域r(3)2處，該區(qū)域就看不見光，r(3)2就是所謂“黑洞”視界。G約，=6.685x10^(-8)[厘米]^3/([克][秒]^2)，是引力常量，c是真空中光速約=3x10^5[千米]/[秒]，r(3)0[公里]=r(3)1[公里]=1.2M[公斤]x10^2/[公斤]還可由該頻率光子從黑洞視界r(3)2在太空運行到地球的紅移量z，求得該黑洞地球的距離。7.具體分析視界望遠鏡此次觀測首次公布的黑洞圖像視界望遠鏡此次觀測其實選定了兩個目標(biāo)：一個是我們銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞，質(zhì)量為450萬倍的太陽質(zhì)量，距離地球2.6萬光年；另外一個是位于M87星系中心的黑洞，其質(zhì)量為65億倍的太陽質(zhì)量，距離地球5300萬光年。北京時間4月10日晚

9時許，包括中國在內(nèi)，全球多地天文學(xué)家同步公布的，由視界望遠鏡得到的首張“事件視界”信息數(shù)據(jù)組成的圖像是：位于代號為M87的超巨橢圓(近似為圓)形星系中心“黑洞”的圖像：

這個圓環(huán)的前側(cè)亮一些，后側(cè)暗一些，原因在于吸積盤的運動效應(yīng)——朝向我們視線運動的區(qū)域因為多普勒效應(yīng)而變得更亮，遠離我們視線運動的區(qū)域會變暗。位于M87星系中心的黑洞，其質(zhì)量為65億倍的太陽質(zhì)量，已知太陽質(zhì)量=2.05x10^8千克，由此得到此黑洞的：質(zhì)量m=1.33

x10^19千克半徑r(3)0=1.2x6.5x2.05x10^4[公里]=1.6x10^5[公里]，視界r(3)2=2r(3)0=3.2x10^5[公里]，(1個太陽質(zhì)量的黑洞的：半徑r(3)0=1.2x2.05x10(-6)[公里]=2.46x10(-6)[公里]（圖中約=2.46[厘米])，視界r(3)2=2r(3)0（圖中約=4.29[厘米])，)黑洞內(nèi)某些局部高狀態(tài)可能形成的各種力作用下，產(chǎn)生的能量很大的光子，是遠大于最大能量的可見光，經(jīng)黑洞中逐程引力的作用，在逃出黑洞半徑之前，能量逐漸減弱為可見光，其中不被黑洞中高密度粒子吸收，而能被視界望遠鏡看見的可見光，就只有紅光。而在黑洞相應(yīng)半徑之外，附近可能存在或掠過，密度顯著降低的各種粒子，與從黑洞逃出的高能量相互作用產(chǎn)生相應(yīng)波長的光。視界望遠鏡探測到，對各個黑洞，其頻率和強度，各有一定范圍的分布。各頻率的這種光還會因太空中其它的來源而附加外相應(yīng)的背景“噪音”。

最佳波段在1毫米附近，這一波段的黑洞光環(huán)最明亮，而背景“噪音”又最小。黑洞影像也必須在這樣合適的波段才能觀測到。北京時間4月10日晚

9時許，包括中國在內(nèi)，全球多地天文學(xué)家同步公布的位于代號為M87的超巨橢圓星系中心，黑洞的最佳波段在1.3毫米附近。而在黑洞的半徑到半徑區(qū)間，各種粒子密度顯著降低的區(qū)域，視界望遠鏡能探測到的可見光，就可以從白色到紅色。由視界望遠鏡得到的首張“事件視界”信息數(shù)據(jù)組成的圖像，可以看到：從黒色中心到中間紅色外緣，就是黑洞的區(qū)域；從近似白色內(nèi)緣到外圈紅色外緣，就是黑洞外到其視界的區(qū)域；黑洞視界r(3)2確實=2黑洞半徑r(3)0，黑洞半徑與黑洞質(zhì)量成正