有關(guān)黑洞的思考

有關(guān)黑洞的思考PB06203240代霞1什么是黑洞？“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“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(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來(lái)。

2什么是黑洞？根據(jù)廣義相對(duì)論，引力場(chǎng)將使時(shí)空彎曲。當(dāng)恒星的體積很大時(shí)，它的引力場(chǎng)對(duì)時(shí)空幾乎沒(méi)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(duì)周圍的時(shí)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。

3什么是黑洞？等恒星的半徑小到一特定值（天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”）時(shí)，就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時(shí)，恒星就變成了黑洞。說(shuō)它“黑”，是指它就像宇宙中的無(wú)底洞，任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，“似乎”就再不能逃出。

4黑洞模擬圖5黑洞的形成

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(lái)的。

6黑洞的形成當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，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(méi)有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開(kāi)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。

7黑洞的形成質(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(yáng)的質(zhì)量。如果超過(guò)了這個(gè)值，那么將再?zèng)]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。

8黑洞的形成這次，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(gè)體積趨于零、密度趨向無(wú)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(wú)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。

9黑洞的“隱身術(shù)”與別的天體相比，黑洞是很特殊的。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無(wú)法直接觀察到它，連科學(xué)家都對(duì)此無(wú)能為力。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來(lái)的呢？

10黑洞的“隱身術(shù)”這與黑洞本身的特點(diǎn)有關(guān)。首先，我們知道，黑洞的逃逸速度是大于光速的。按廣義相對(duì)論，光子也要受到引力的作用。于是，在黑洞中，就是光也傳不出來(lái)。所以人們無(wú)法看到黑洞，也接受不到有關(guān)黑洞內(nèi)部的任何信息。11黑洞里面是什么？

黑洞的內(nèi)部是什么呢？應(yīng)該說(shuō)，是更強(qiáng)大，更深層的空間。倘若真的會(huì)有物質(zhì)被黑洞吸入，就會(huì)被它的空間所“消化”掉，但這會(huì)減緩黑洞自身的滅盡過(guò)程。不過(guò)這黑洞不是一個(gè)過(guò)道兒，不會(huì)是從這邊進(jìn)，再?gòu)哪沁呁鲁鍪裁磥?lái)。它的方向是從半有半無(wú)走向徹底的無(wú)，它只能是越來(lái)越走向沒(méi)有。

有一種說(shuō)法是，黑洞應(yīng)該屬于“場(chǎng)”的范疇，接近于半物質(zhì)狀態(tài)。

12兩個(gè)有趣現(xiàn)象根據(jù)廣義相對(duì)論，引力越強(qiáng)，時(shí)間越慢。引力越小，時(shí)間越快。我們的地球因?yàn)橘|(zhì)量較小，從一個(gè)地方到另一個(gè)地方，引力變化不大，所以時(shí)間差距也不大。比如說(shuō)，喜馬拉雅山的頂部和山底只差幾千億之一秒。黑洞因?yàn)橘|(zhì)量巨大，從一個(gè)地方到另一個(gè)地方，引力變化非常巨大，所以時(shí)間差距也巨大。13兩個(gè)有趣現(xiàn)象如果喜馬拉亞山處在黑洞周圍，當(dāng)一群登山運(yùn)動(dòng)員從山底出發(fā)，比如說(shuō)他們所處的時(shí)間是2005年。當(dāng)他們登頂后，他們發(fā)現(xiàn)山頂?shù)臅r(shí)間是2000年。

14兩個(gè)有趣現(xiàn)象另外一個(gè)有趣的現(xiàn)象是根據(jù)廣義相對(duì)論，引力越強(qiáng)，時(shí)間越慢，物體的長(zhǎng)度也縮小。假如銀河系被一個(gè)黑洞所吸引，在被吸收的過(guò)程中，銀河系會(huì)變成一個(gè)米粒大小的東西。銀河系里的一切東西包括地球都按相同比例縮小。所以在地球上的人看來(lái)，銀河系依舊是浩瀚無(wú)邊。地球上的人依舊照常上班學(xué)習(xí)，跟他們?cè)谡Ｇ闆r下一樣。15兩個(gè)有趣現(xiàn)象因?yàn)樵谒麄兛磥?lái)，周圍的人和物體和他們的大小比例關(guān)系不變。他們渾然不知這一切都發(fā)生一個(gè)米粒大的世界里。

16一個(gè)設(shè)想在相對(duì)論中沒(méi)有絕對(duì)時(shí)間。每個(gè)觀測(cè)者都有自己的時(shí)間測(cè)量。在恒星形成黑洞是，由于恒星的引力場(chǎng)，在恒星上某人的時(shí)間將和在遠(yuǎn)處某人的時(shí)間不同。假定在坍縮星表面有一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(hào)到一個(gè)繞著該恒星轉(zhuǎn)動(dòng)的空間飛船上去。在他的表的某一時(shí)刻，譬如11點(diǎn)鐘，恒星剛好收縮到它的臨界半徑，此時(shí)引力場(chǎng)強(qiáng)到?jīng)]有任何東西可以逃逸出去，他的信號(hào)再也不能傳到空間飛船了。17一個(gè)設(shè)想當(dāng)11點(diǎn)到達(dá)時(shí)，他在空間飛船中的伙伴發(fā)現(xiàn)，航天員發(fā)來(lái)的一串信號(hào)的時(shí)間間隔越變?cè)介L(zhǎng)。但是這個(gè)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(gè)信號(hào)之間，他們只需等待比一秒鐘稍長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間，然而他們必須為11點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)等待無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間。18一個(gè)設(shè)想但另一方面，離開(kāi)恒星越遠(yuǎn)則引力越弱，所以作用在這位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！19一個(gè)設(shè)想但是，當(dāng)他到達(dá)臨界半徑時(shí)，不會(huì)有任何異樣的感覺(jué)，甚至在通過(guò)永不回返的那一點(diǎn)時(shí)，都沒(méi)注意到。但是，隨著這區(qū)域繼續(xù)坍縮，只要在幾個(gè)鐘頭之內(nèi)，作用到他頭上和腳上的引力之差會(huì)變得如此之大，以至于再將其撕裂。

20在以前看來(lái)，這些現(xiàn)象都很令人不可思議。但從相對(duì)論及黑洞理論看來(lái)，他們都是有可能發(fā)生的。由于所學(xué)知識(shí)有限，在此對(duì)這個(gè)問(wèn)題不再作進(jìn)一步探討。21我的設(shè)想我的設(shè)想就是，假設(shè)有粒子可以從黑洞逃出。當(dāng)一個(gè)粒子從黑洞逃逸而沒(méi)有償還它借來(lái)的能量，黑洞就會(huì)從它的引力場(chǎng)中喪失同樣數(shù)量的能量，而愛(ài)因斯坦的公式E=mc^2表明，能量的損失會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的