撩开黑洞的神秘面纱

我们经常会听到“黑洞”这个名词，“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。那么所谓的黑洞到底是什么呢？迄今为止，人们只能从理论上来对它进行推断。在过去，科学家把黑洞描述成一个有去无回的视界包裹着密度无限大的奇点。黑洞不停吸入类似于恒星这样的物体。新理论则将黑洞看作一个暗能量，吸入的物体在密集的壳体处分解。认为它是一种引力场非常强，就连光也无法从中逃逸的天体。“黑洞”究竟是什么？它是怎样形成的？又位于宇宙中的何处？这些都是人们关心的话题。黑洞以其特有的魅力吸引着广大的理论物理和天体物理学家。“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性，也是最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开黑洞的神秘面纱而努力地工作着。

黑洞的构造

所有的黑洞基本结构相同，中心的奇点部分被一个不可见的边界围着，我们称它为“视界”，没有东西可以从里面逃出来。视界的尺码叫史瓦西半径，它的名字得自于一个 认识到它重要性的物理学家。旋转的黑洞构造更加复杂，它有一个能层（一个像宇宙旋涡的区域），里面还有一个内部视界，它奇点的形状像个戒指。

黑洞

只有在它们接近另外一颗恒星时才会被探测到。黑洞强大的引力将气流高速拉离它的伴星。气体向黑洞倾泻，在它周围构成了一个螺旋状的旋涡——吸积盘。摩擦使旋转的气体变热发出强烈刺眼的光，其最热的部分达到1亿℃，并发出X射线。

关于黑洞的成因，迄今有很多理论。有人提出了黑洞是由巨大星体演变而成的理论。他们认为黑洞跟白矮星和中子星一样，极有可能也是由恒星转变而来的。宇宙早期的星云物质——绝大部分是氢的极其稀薄的气体——由于自身的引力作用而收缩成恒星。由于收缩过程中原子相互碰撞的频率和速度越来越高，导致气体温度上升并最终使恒星发光。当温度升高到一个极点，以至于氢原子碰撞后不再离开而是聚合成氦，这一过程被称为“热核聚变”。聚变释放出的巨大能量使恒星气体的压力进一步升高，并达到足以平衡恒星内部引力的程度，于是恒星的收缩停止下来，并在相当长的时间里稳定地燃烧。当恒星耗尽了这些氢之后，由于核反应的减弱而开始变冷，恒星气体的压力不足以抵抗自身引力时，恒星重新开始收缩。恒星中的氦原子发生聚变形成碳或氧之类较重的原子。但这一过程并没有释放太多的能量，恒星继续收缩。并逐渐凝结而形成了黑洞，这个过程就像水变成冰一样。这一解释为研究量子引力理论提供了新思路，而量子引力理论有可能将爱因斯坦的广义相对论和量子力学统一起来。

根据黑洞的“隐身术”，科学家理论设想中的时空隧道——蠕虫洞。

也有理论认为大黑洞是由小型黑洞集合而成的。由日美两国科学家组成的科研小组最近就巨大黑洞的诞生提出了新见解，认为巨大黑洞是由“中质量黑洞”集合而成的。黑洞成因新见解为研究银河系的形成和演化提供了新的理论基础，也有助于研究宇宙的诞生和进化。

科学家斯尔克和里斯就黑洞提出了全新的观点。在这种观点中，他们认为每一个早期气体云团的中心后来都发生了坍缩，最终形成了超级黑洞。超级黑洞一旦形成，就会立即开始吞食周围的气体，形成明亮的类星体。斯尔克认为，刚刚形成的类星体会产生能量，从而在周围气体中产生剧烈的温度变化，导致黑洞周围的气体和刚刚形成的类星体相互挤压、聚合成恒星。通过上述记述，我们知道，通过黑洞演变成了星系。也就是说，黑洞并不只是贪婪的恶鬼，因为它对星系的形成产生了积极的影响。

由于光线很难从黑洞中逃逸，因此观测黑洞有些困难。但令人欣喜的是，黑洞的引力效应仍将继续作用到其临近的星体上。人们观测到一些伴星系统是由一颗可见恒星和一颗不可见恒星互相围绕旋转组成。这类系统中的有一些是强X射线源。对这种现象最好的解释是，物质从可见星的表面被吹起来并落向不可见的伴星，这些物质在强大的引力作用下发展成螺旋轨道，同时变得非常热而发射出X射线。这颗不可见伴星必须小到像白矮星、中子星或黑洞那样，才能引发上述机制。“天鹅X-1”就是这样一个伴星系统。通过对其可见星轨道的研究，科学家们推算出了不可见星的最小质量——大约是太阳的6倍。按照钱德拉塞卡的结果来看，它只能是一个黑洞。

1刚开始下沉的时候，宇航员看上去和平常一样，他身上的时间也正常，他的身体还没有被扭曲。

2离黑洞更近的时候，他的身体开始拉长，由于光对引力的反方向抗争，他看上去有些发红，表也快了。

3宇航员落入黑洞后很久，才能在视界看到一幅冻结了的宇航员假象，他的身体发红，表也停了。

宇航员掉入黑洞的过程

物体进入黑洞后就被拉成通心粉状了，假设一个宇航员的脚先进入黑洞，宇航员就会觉得他的脚由于引力的作用比头大得多。离黑洞更近，他被拉成一个长筒。反映在更小的黑洞则更明显，因为它的引力井更陡峭。因为引力使黑洞的光和时间失真，这个宇航员的同事们在他下沉的时候会看到各种奇异的效果。

黑洞与别的天体相比，显得尤其特殊。黑洞有“隐身术”，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并绕过黑洞到达地球。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。通过这种手段，人们无法对它进行直接观察，科学家也只能对它的内部结构进行种种猜想，无法进行准确判断。黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？是通过弯曲的空间！我们知道，光是沿直线传播的。但是广义相对论告诉我们，空间会在引力场的作用下发生弯曲。所以在引力场的作用下，光虽然仍然沿两点间的最短距离传播，但已经是曲线传播了。客观地看来，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。

虫孔

科学家曾认为旋转的黑洞能提供一个通往宇宙另一部分或另一个宇宙的通道。在此，黑洞特大却几乎没有“通心粉效应”。

小黑洞

一些天文学家认为小黑洞是由于宇宙大爆炸产生的无限力形成的。它的体积虽然只有几个原子那么大，但质量却有几十亿吨。史蒂芬·霍金的计算结果表明小黑洞周围强大的引力使它慢慢释放出霍金辐射，从而也使它的能量和质量流失。最终消失在伽马射线的爆炸中。如果这个理论正确，小黑洞可能此时正在爆炸中。

在宇宙漫长的岁月中，许多恒星已经耗尽了燃料，并且坍缩了。但是黑洞的数目却比可见星要多得多。就拿银河系来说，数量众多的黑洞的额外引力就可以解释银河系会有如此的转动速率的原因，所以不能仅考虑可见星的质量。有资料证明，银河系中心有非常巨大的黑洞，科学家认为，黑洞能够将活动星系核旋转着吸入，并且为黑洞气体盘旋建立一个模型。根据这个模型，星系核活动性的差别由黑洞的大小和单位时间被吸入黑洞的气体量决定。为了证明多种星系核的活动性，黑洞的质量必须达到太阳质量的1000万倍到10亿倍的程度。恒星若是太靠近这个黑洞，它近端和远端的引力差就会将它撕开，并被黑洞吸引而落到里面去。

尽管黑洞神秘的面纱还未被完全揭开，但可以预期，随着天文观测技术的不断提高和理论研究的进一步深入，人类对黑洞的探索必将取得巨大的进展。黑洞，这一困扰我们的世纪之谜，迟早会被解开。