有關黑洞的思考

有關黑洞的思考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“大黑窟窿”，其實不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場是如此之強，就連光也不能逃脫出來。

2什么是黑洞？根據(jù)廣義相對論，引力場將使時空彎曲。當恒星的體積很大時，它的引力場對時空幾乎沒什么影響，從恒星表面上某一點發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小，它對周圍的時空彎曲作用就越大，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（天文學上叫“史瓦西半徑”）時，就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時，恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去，“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，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來的。

6黑洞的形成當一顆恒星衰老時，它的熱核反應已經(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，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，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黑洞的形成質量小一些的恒星主要演化成白矮星，質量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學家的計算，中子星的總質量不能大于三倍太陽的質量。如果超過了這個值，那么將再沒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)科學家的猜想，物質將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積趨于零、密度趨向無限大的“點”。而當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”與別的天體相比，黑洞是很特殊的。例如，黑洞有“隱身術”，人們無法直接觀察到它，連科學家都對此無能為力。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢？

10黑洞的“隱身術”這與黑洞本身的特點有關。首先，我們知道，黑洞的逃逸速度是大于光速的。按廣義相對論，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。所以人們無法看到黑洞，也接受不到有關黑洞內(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？應該說，是更強大，更深層的空間。倘若真的會有物質被黑洞吸入，就會被它的空間所“消化”掉，但這會減緩黑洞自身的滅盡過程。不過這黑洞不是一個過道兒，不會是從這邊進，再從那邊吐出什么來。它的方向是從半有半無走向徹底的無，它只能是越來越走向沒有。

有一種說法是，黑洞應該屬于“場”的范疇，接近于半物質狀態(tài)。

12兩個有趣現(xiàn)象根據(jù)廣義相對論，引力越強，時間越慢。引力越小，時間越快。我們的地球因為質量較小，從一個地方到另一個地方，引力變化不大，所以時間差距也不大。比如說，喜馬拉雅山的頂部和山底只差幾千億之一秒。黑洞因為質量巨大，從一個地方到另一個地方，引力變化非常巨大，所以時間差距也巨大。13兩個有趣現(xiàn)象如果喜馬拉亞山處在黑洞周圍，當一群登山運動員從山底出發(fā)，比如說他們所處的時間是2005年。當他們登頂后，他們發(fā)現(xiàn)山頂?shù)臅r間是2000年。

14兩個有趣現(xiàn)象另外一個有趣的現(xiàn)象是根據(jù)廣義相對論，引力越強，時間越慢，物體的長度也縮小。假如銀河系被一個黑洞所吸引，在被吸收的過程中，銀河系會變成一個米粒大小的東西。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，銀河系依舊是浩瀚無邊。地球上的人依舊照常上班學習，跟他們在正常情況下一樣。15兩個有趣現(xiàn)象因為在他們看來，周圍的人和物體和他們的大小比例關系不變。他們渾然不知這一切都發(fā)生一個米粒大的世界里。

16一個設想在相對論中沒有絕對時間。每個觀測者都有自己的時間測量。在恒星形成黑洞是，由于恒星的引力場，在恒星上某人的時間將和在遠處某人的時間不同。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)一信號到一個繞著該恒星轉動的空間飛船上去。在他的表的某一時刻，譬如11點鐘，恒星剛好收縮到它的臨界半徑，此時引力場強到?jīng)]有任何東西可以逃逸出去，他的信號再也不能傳到空間飛船了。17一個設想當11點到達時，他在空間飛船中的伙伴發(fā)現(xiàn)，航天員發(fā)來的一串信號的時間間隔越變越長。但是這個效應在10點59分59秒之前是非常微小的。在收到10點59分58秒和10點59分59秒發(fā)出的兩個信號之間，他們只需等待比一秒鐘稍長一點的時間，然而他們必須為11點發(fā)出的信號等待無限長的時間。18一個設想但另一方面，離開恒星越遠則引力越弱，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！19一個設想但是，當他到達臨界半徑時，不會有任何異樣的感覺，甚至在通過永不回返的那一點時，都沒注意到。但是，隨著這區(qū)域繼續(xù)坍縮，只要在幾個鐘頭之內(nèi)，作用到他頭上和腳上的引力之差會變得如此之大，以至于再將其撕裂。

20在以前看來，這些現(xiàn)象都很令人不可思議。但從相對論及黑洞理論看來，他們都是有可能發(fā)生的。由于所學知識有限，在此對這個問題不再作進一步探討。21我的設想我的設想就是，假設有粒子可以從黑洞逃出。當一個粒子從黑洞逃逸而沒有償還它借來的能量，黑洞就會從它的引力場中喪失同樣數(shù)量的能量，而愛因斯坦的公式E=mc^2表明，能量的損失會導致質量的