什么是黑洞

本文可作《宇宙的未來》一課參考資料

究竟什么是黑洞?黑洞是由具有極大質(zhì)量的超巨星在塌陷時所形成的，恒星的核心在本身重量的影響下非�？焖俚氖湛s，并釋放出強勁的暴發(fā)能量，如果核心物質(zhì)大得使塌陷無限地繼續(xù)下去，便產(chǎn)生了黑洞，在重力巨大的擠壓下，所留下的物質(zhì)有難以想像的高密度。由于黑洞的質(zhì)量非常大，使得它們具有強大的重力場，這些力量大的連光線也無法逃出它的手掌心，這也就是為什么它要叫做黑洞的原因了，在它的邊界內(nèi)你看不到任何東西。  

“黑洞”，顧名思義就是一個漆黑的洞。因其引力過強，以至于連自己發(fā)出的光線都無法由其中逃脫而出。就連光線由外射入 ，也像射入無底洞。然而大質(zhì)量塌縮的恒星是如何到達此情境的呢?試想一物體于一塌縮星的表面，隨著恒星塌落而凝縮，不停的靠向中心，重力愈來愈強。(天體的重力離中心愈近愈大)而恒星愈收縮，要離開它的表面速度要求愈大。當(dāng)恒星塌縮到到光速時，已幾乎無任何物體可逃脫而出。而塌縮到光速都無法逃出時，任何物體都不可能再從黑洞中出來。當(dāng)恒星塌縮到此一境界時，這時黑洞所呈現(xiàn)的半徑就稱為「史瓦西半徑」。假設(shè)地球也做如此的塌縮，那此時地球的史瓦西半徑就為一厘米寬。但恒星并非一定凝縮到此程度才形成不可逃脫的表面。質(zhì)量愈大，其史瓦西半徑內(nèi)的物質(zhì)密度愈小。如質(zhì)量是太陽一億倍的，縮到水的密度便達到史瓦西半徑了。  

黑洞是一去不復(fù)返的深淵，但在靠近黑洞時，由于時間的延滯，會發(fā)生許多奇妙的事。黑洞旅行者穿越事界，按他的計時系統(tǒng)來說，只是很短的時間，但對遠方的觀測者來說，其結(jié)果卻是恰恰相反。他看見愈近事界，宇航員的身影愈薄，接近事界愈緩慢�；鸺裏o限靠近事界，但總不能到達。外界的人看事界亦為如此，也是越塌縮越緩慢，形狀也越朦朧，塌縮星就像是漸漸凝住了，所以以前把這現(xiàn)象叫做「塌縮星凝止」。凝止的界面就稱為「凝止界面」(Static limit)。而當(dāng)塌縮接近事界時，星光迅速黯淡。對于是太陽質(zhì)量十倍的星，就在凝止那一剎那，在百萬分之四秒內(nèi)全部化為烏有。所以我們無從得知黑洞是如何形成的。然而黑洞周圍的時空彎曲的性質(zhì)，對人的壽命有特殊影響。它周圍的時間進度緩慢，也許這可以做為一種變時機制，勇敢涉足于事界邊緣也許可以不老不死。但在黑洞的邊緣要求很大的加速度。愈靠近黑洞，要求的加速度越大，時間延滯也越厲害。  

理論上，黑洞的質(zhì)量并沒有多大或多小的限制。任何大小的質(zhì)量如果被壓縮到足夠高的密度，在理論上都有可能形成黑洞。我們認為大多數(shù)實際存在的黑洞是有大質(zhì)量的恒星死亡后產(chǎn)生的，所以我們認為那些黑洞和那些大質(zhì)量的恒星一樣重。一個恒星級黑洞的典型質(zhì)量差不多是太陽的十倍，或者說是10^(30)千克。天文學(xué)家們也認為許多星系的中心都有質(zhì)量巨大的黑洞。它們的質(zhì)量大約是太陽的一百萬倍，或者說是10^(36)千克。