“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。所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。
根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到。
那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的。
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。
这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像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。
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中绕过黑洞而到达地球。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。
更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。
我今天看了霍金的一篇文章,他说黑洞也可以向外辐射或是发射粒子,他是根据量子力学的不确定原理得出结论的。说根据不确定原理,粒子可以在短距离内以超过光速的速度运动,所以可以发射出来东东,但出来的东东和进去的东东不一样,只是能量一样。这样看来,如果一个黑洞的逃逸速度只是稍大于光速的话,那就可以有粒子逃出黑洞了。楼主的的问题我想可以用这个理由解释。不过说实话我也看不太懂
最初人们认为,由于黑洞质量巨大,进入其边界,也即所谓“活动水平线”的物质(甚至光线)都会被其吞噬,永远无法逃逸。1975年,霍金以数学计算的方法证明黑洞并非完全的“黑”,而是不断“蒸发”,即向外辐射极其微量的能量,并且所有的黑洞最终都将因为质量丧失殆尽而消失。这种辐射被命名为“霍金辐射”。
但是霍金的黑洞理论存在一个缺陷。他认为黑洞辐射不包含以前吸入物质的相关信息,一旦黑洞消失,曾经存在的黑洞的相关信息都不可追寻。而根据量子理论对亚原子世界的描述,这种信息不可能就这样消弭于无形,这一难解的矛盾被称为“黑洞悖论”。当时霍金辩称:黑洞的引力场过于强大,量子力学的定律并不适用。不过这一解释并不能令学术界信服。
如今的霍金改变了看法。他在大会发言中指出:黑洞内部的信息并不会丢失。他的同事吉本斯透露,此前霍金在剑桥的一个讨论会上曾大致介绍其研究工作,与传统黑洞理论不同的是,在霍金的新理论中,不再存在分隔黑洞内外事件的视界�event horizon ,而黑洞最终会释放出信息,尽管是以一种“被撕碎”的无法辨识的方式。
以往关于黑洞的最大难解之处是:物质如何能真的“消失”在黑洞里,而不留下一丝痕迹?平行宇宙的想法正是为应付这一困境。如果霍金的新理论成立,那么被黑洞吞噬的一切,最终将被慢慢地释放回我们的宇宙。
说真的,黑洞还只是个假说