印度黑洞是什麼意思

1. 黑洞是什麼

黑洞（英文：Black Hole）是現代廣義相對論中，存在於宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強大，使得視界內的逃逸速度大於光速。故而，「黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體」。

1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦場方程的一個真空解，這個解表明，如果一個靜態球對稱星體實際半徑小於一個定值，其周圍會產生奇異的現象，即存在一個界面——「視界」，一旦進入這個界面，即使光也無法逃脫。

這個定值稱作史瓦西半徑，這種「不可思議的天體」被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為「黑洞」。

演化過程

黑洞由中心的一個由黎曼曲率張量出發構建的標量多項式在趨向此處發散的奇點和周圍的時空組成，其邊界為只進不出的單向膜：事件視界，事件視界的范圍之內不可見。依據愛因斯坦的廣義相對論，當一顆垂死恆星崩潰，它將向中心塌縮，這里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區域的所有光線和任何物質。

黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程：某一個恆星在准備滅亡，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星體，同時也壓縮了內部的空間和時間。

2. 什麼是黑洞

黑洞（black hole）是時空展現出引力的加速度極端強大，以至於沒有粒子，甚至電磁輻射，像是光都無法逃逸的區域。廣義相對論預測，足夠緊密的質量可以扭曲時空，形成黑洞；不可能從該區域逃離的邊界稱為事件視界（event horizon）。雖然，事件視界對穿越它的物體的命運和情況有巨大影響，但對該地區的觀測似乎未能探測到任何特徵。在許多方面，黑洞就像一個理想的黑體，它不反光。此外，彎曲時空中的量子場論預測，事件視界發出的霍金輻射，如同黑體的光譜一樣，可以用來測量與質量反比的溫度。在恆星質量的黑洞，這種溫度高達數十億K，因此基本上無法觀測。

黑洞力學四定律：

第零定律：穩態黑洞表面引力為常數。

第一定律：dM=k/8π dA+ΩdJ+VdQ（自然單位制c=G=h bar=1）

其中，M,k,A,Ω,J,V,Q分別為質量（能量），表面引力，表面積，轉動角速度，角動量，表面靜電勢，電荷。

與之類比：dU=TdS+ΩdJ+VdQ

其中，U,T,S,Ω,J,V,Q分別為內能，溫度，熵，轉動角速度，角動量，表面靜電勢，電荷。

第二定律：黑洞面積隨時間不會減少。

第三定律：不可能通過有限步驟使表面引力降為0（達到極端黑洞，即產生裸奇點）

黑洞內部結構模型圖解

圖中＋－號代表不可分割的最小正負弦信息單位-弦比特（string bit）

（名物理學家約翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:萬物源於比特 It from bit

量子信息研究興盛後,此概念升華為，萬物源於量子比特）

註：位元即比特

3. 為什麼說印度正在成為亞洲最大的黑洞

他是一方面要自強，要准備做亞洲老大。在這過程中，其要把中國周邊的能量全部吸過去，要做亞洲最大的「黑洞」。

4. 什麼叫黑洞什麼叫蟲洞他們之間有什麼區別嗎

黑洞這一術語是不久以前才出現的。它是1969年美國科學家約翰·惠勒為形象描述至少可回溯到200年前的這個思想時所杜撰的名字。那時候，共有兩種光理論：一種是牛頓贊成的光的微粒說；另一種是光的波動說。我們現在知道，實際上這兩者都是正確的。由於量子力學的波粒二象性，光既可認為是波，也可認為是粒子。在光的波動說中，不清楚光對引力如何響應。但是如果光是由粒子組成的，人們可以預料，它們正如同炮彈、火箭和行星那樣受引力的影響。起先人們以為，光粒子無限快地運動，所以引力不可能使之慢下來，但是羅麥關於光速度有限的發現表明引力對之可有重要效應。

1783年，劍橋的學監約翰·米歇爾在這個假定的基礎上，在《倫敦皇家學會哲學學報》上發表了一篇文章。他指出，一個質量足夠大並足夠緊致的恆星會有如此強大的引力場，以致於連光線都不能逃逸——任何從恆星表面發出的光，還沒到達遠處即會被恆星的引力吸引回來。米歇爾暗示，可能存在大量這樣的恆星，雖然會由於從它們那裡發出的光不會到達我們這兒而使我們不能看到它們，但我們仍然可以感到它們的引力的吸引作用。這正是我們現在稱為黑洞的物體。它是名符其實的——在空間中的黑的空洞。幾年之後，法國科學家拉普拉斯侯爵顯然獨自提出和米歇爾類似的觀念。非常有趣的是，拉普拉斯只將此觀點納入他的《世界系統》一書的第一版和第二版中，而在以後的版本中將其刪去，可能他認為這是一個愚蠢的觀念。（此外，光的微粒說在19世紀變得不時髦了；似乎一切都可以以波動理論來解釋，而按照波動理論，不清楚光究竟是否受到引力的影響。）

事實上，因為光速是固定的，所以，在牛頓引力論中將光類似炮彈那樣處理實在很不協調。（從地面發射上天的炮彈由於引力而減速，最後停止上升並折回地面；然而，一個光子必須以不變的速度繼續向上，那麼牛頓引力對於光如何發生影響呢？）直到1915年愛因斯坦提出廣義相對論之前，一直沒有關於引力如何影響光的協調的理論。甚至又過了很長時間，這個理論對大質量恆星的含意才被理解。

為了理解黑洞是如何形成的，我們首先需要理解一個恆星的生命周期。起初，大量的氣體（大部分為氫）受自身的引力吸引，而開始向自身坍縮而形成恆星。當它收縮時，氣體原子相互越來越頻繁地以越來越大的速度碰撞——氣體的溫度上升。最後，氣體變得如此之熱，以至於當氫原子碰撞時，它們不再彈開而是聚合形成氦。如同一個受控氫彈爆炸，反應中釋放出來的熱使得恆星發光。這增添的熱又使氣體的壓力升高，直到它足以平衡引力的吸引，這時氣體停止收縮。這有一點像氣球——內部氣壓試圖使氣球膨脹，橡皮的張力試圖使氣球縮小，它們之間存在一個平衡。從核反應發出的熱和引力吸引的平衡，使恆星在很長時間內維持這種平衡。然而，最終恆星會耗盡了它的氫和其他核燃料。貌似大謬，其實不然的是，恆星初始的燃料越多，它則燃盡得越快。這是因為恆星的質量越大，它就必須越熱才足以抵抗引力。而它越熱，它的燃料就被用得越快。我們的太陽大概足夠再燃燒50多億年，但是質量更大的恆星可以在1億年這么短的時間內用盡其燃料， 這個時間尺度比宇宙的年齡短得多了。當恆星耗盡了燃料，它開始變冷並開始收縮。隨後發生的情況只有等到本世紀20年代末才初次被人們理解。

1928年，一位印度研究生——薩拉瑪尼安·強德拉塞卡——乘船來英國劍橋跟英國天文學家阿瑟·愛丁頓爵士（一位廣義相對論家）學習。（據記載，在本世紀20年代初有一位記者告訴愛丁頓，說他聽說世界上只有三個人能理解廣義相對論，愛丁頓停了一下，然後回答：「我正在想這第三個人是誰」。）在他從印度來英的旅途中，強德拉塞卡算出在耗盡所有燃料之後，多大的恆星可以繼續對抗自己的引力而維持自己。這個思想是說：當恆星變小時，物質粒子靠得非常近，而按照泡利不相容原理，它們必須有非常不同的速度。這使得它們互相散開並企圖使恆星膨脹。一顆恆星可因引力作用和不相容原理引起的排斥力達到平衡而保持其半徑不變，正如在它的生命的早期引力被熱所平衡一樣。

然而，強德拉塞卡意識到，不相容原理所能提供的排斥力有一個極限。恆星中的粒子的最大速度差被相對論限制為光速。這意味著，恆星變得足夠緊致之時，由不相容原理引起的排斥力就會比引力的作用小。強德拉塞卡計算出；一個大約為太陽質量一倍半的冷的恆星不能支持自身以抵抗自己的引力。（這質量現在稱為強德拉塞卡極限。）蘇聯科學家列夫·達維多維奇·蘭道幾乎在同時也得到了類似的發現。

這對大質量恆星的最終歸宿具有重大的意義。如果一顆恆星的質量比強德拉塞卡極限小，它最後會停止收縮並終於變成一顆半徑為幾千英哩和密度為每立方英寸幾百噸的「白矮星」。白矮星是它物質中電子之間的不相容原理排斥力所支持的。我們觀察到大量這樣的白矮星。第一顆被觀察到的是繞著夜空中最亮的恆星——天狼星轉動的那一顆。

蘭道指出，對於恆星還存在另一可能的終態。其極限質量大約也為太陽質量的一倍或二倍，但是其體積甚至比白矮星還小得多。這些恆星是由中子和質子之間，而不是電子之間的不相容原理排斥力所支持。所以它們被叫做中子星。它們的半徑只有10英哩左右，密度為每立方英寸幾億噸。在中子星被第一次預言時，並沒有任何方法去觀察它。實際上，很久以後它們才被觀察到。

另一方面，質量比強德拉塞卡極限還大的恆星在耗盡其燃料時，會出現一個很大的問題：在某種情形下，它們會爆炸或拋出足夠的物質，使自己的質量減少到極限之下，以避免災難性的引力坍縮。但是很難令人相信，不管恆星有多大，這總會發生。怎麼知道它必須損失重量呢？即使每個恆星都設法失去足夠多的重量以避免坍縮，如果你把更多的質量加在白矮星或中子星上，使之超過極限將會發生什麼？它會坍縮到無限密度嗎？愛丁頓為此感到震驚，他拒絕相信強德拉塞卡的結果。愛丁頓認為，一顆恆星不可能坍縮成一點。這是大多數科學家的觀點：愛因斯坦自己寫了一篇論文，宣布恆星的體積不會收縮為零。其他科學家，尤其是他以前的老師、恆星結構的主要權威——愛丁頓的敵意使強德拉塞卡拋棄了這方面的工作，轉去研究諸如恆星團運動等其他天文學問題。然而，他獲得1983年諾貝爾獎，至少部分原因在於他早年所做的關於冷恆星的質量極限的工作。

強德拉塞卡指出，不相容原理不能夠阻止質量大於強德拉塞卡極限的恆星發生坍縮。但是，根據廣義相對論，這樣的恆星會發生什麼情況呢？這個問題被一位年輕的美國人羅伯特·奧本海默於1939年首次解決。然而，他所獲得的結果表明，用當時的望遠鏡去觀察不會再有任何結果。以後，因第二次世界大戰的干擾，奧本海默本人非常密切地捲入到原子彈計劃中去。戰後，由於大部分科學家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去，因而引力坍縮的問題被大部分人忘記了。但在本世紀60年代，現代技術的應

圖6.1用使得天文觀測范圍和數量大大增加， 重新激起人們對天文學和宇

宙學的大尺度問題的興趣。奧本海默的工作被重新發現，並被一些人推廣。

現在，我們從奧本海默的工作中得到一幅這樣的圖象：恆星的引力場改變了光線的路徑，使之和原先沒有恆星情況下的路徑不一樣。光錐是表示光線從其頂端發出後在空間——時間里傳播的軌道。光錐在恆星表面附近稍微向內偏折，在日食時觀察遠處恆星發出的光線，可以看到這種偏折現象。當該恆星收縮時，其表面的引力場變得很強，光線向內偏折得更多，從而使得光線從恆星逃逸變得更為困難。對於在遠處的觀察者而言，光線變得更黯淡更紅。最後，當這恆星收縮到某一臨界半徑時，表面的引力場變得如此之強，使得光錐向內偏折得這么多，以至於光線再也逃逸不出去（圖6.1） 。根據相對論，沒有東西會走得比光還快。這樣，如果光都逃逸不出來，其他東西更不可能逃逸，都會被引力拉回去。也就是說，存在一個事件的集合或空間——時間區域，光或任何東西都不可能從該區域逃逸而到達遠處的觀察者。現在我們將這區域稱作黑洞，將其邊界稱作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。

當你觀察一個恆星坍縮並形成黑洞時，為了理解你所看到的情況，切記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。由於恆星的引力場，在恆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無畏的航天員和恆星一起向內坍縮，按照他的表，每一秒鍾發一信號到一個繞著該恆星轉動的空間飛船上去。在他的表的某一時刻，譬如11點鍾，恆星剛好收縮到它的臨界半徑，此時引力場強到沒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。當11點到達時，他在空間飛船中的夥伴發現，航天員發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秒發出的兩個信號之間，他們只需等待比一秒鍾稍長一點的時間，然而他們必須為11點發出的信號等待無限長的時間。按照航天員的手錶，光波是在10點59分59秒和11點之間由恆星表面發出；從空間飛船上看，那光波被散開到無限長的時間間隔里。在空間飛船上收到這一串光波的時間間隔變得越來越長，所以恆星來的光顯得越來越紅、越來越淡，最後，該恆星變得如此之朦朧，以至於從空間飛船上再也看不見它，所餘下的只是空間中的一個黑洞。然而，此恆星繼續以同樣的引力作用到空間飛船上，使飛船繼續繞著所形成的黑洞旋轉。

但是由於以下的問題，使得上述情景不是完全現實的。你離開恆星越遠則引力越弱，所以作用在這位無畏的航天員腳上的引力總比作用到他頭上的大。在恆星還未收縮到臨界半徑而形成事件視界之前，這力的差就已經將我們的航天員拉成義大利面條那樣，甚至將他撕裂！然而，我們相信，在宇宙中存在質量大得多的天體，譬如星系的中心區域，它們遭受到引力坍縮而產生黑洞；一位在這樣的物體上面的航天員在黑洞形成之前不會被撕開。事實上，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，隨著這區域繼續坍縮，只要在幾個鍾頭之內，作用到他頭上和腳上的引力之差會變得如此之大，以至於再將其撕裂。

羅傑·彭羅斯和我在1965年和1970年之間的研究指出，根據廣義相對論，在黑洞中必然存在無限大密度和空間——時間曲率的奇點。這和時間開端時的大爆炸相當類似，只不過它是一個坍縮物體和航天員的時間終點而已。在此奇點，科學定律和我們預言將來的能力都失效了。然而，任何留在黑洞之外的觀察者，將不會受到可預見性失效的影響，因為從奇點出發的不管是光還是任何其他信號都不能到達他那兒。這令人驚奇的事實導致羅傑·彭羅斯提出了宇宙監督猜測，它可以被意譯為：「上帝憎惡裸奇點。」換言之，由引力坍縮所產生的奇點只能發生在像黑洞這樣的地方，在那兒它被事件視界體面地遮住而不被外界看見。嚴格地講，這是所謂弱的宇宙監督猜測：它使留在黑洞外面的觀察者不致受到發生在奇點處的可預見性失效的影響，但它對那位不幸落到黑洞里的可憐的航天員卻是愛莫能助。

廣義相對論方程存在一些解，這些解使得我們的航天員可能看到裸奇點。他也許能避免撞到奇點上去，而穿過一個「蟲洞」來到宇宙的另一區域。看來這給空間——時間內的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是，所有這些解似乎都是非常不穩定的；最小的干擾，譬如一個航天員的存在就會使之改變，以至於他還沒能看到此奇點，就撞上去而結束了他的時間。換言之，奇點總是發生在他的將來，而從不會在過去。強的宇宙監督猜測是說，在一個現實的解里，奇點總是或者整個存在於將來（如引力坍縮的奇點），或者整個存在於過去（如大爆炸）。因為在接近裸奇點處可能旅行到過去，所以宇宙監督猜測的某種形式的成立是大有希望的。這對科學幻想作家而言是不錯的，它表明沒有任何一個人的生命曾經平安無事：有人可以回到過去，在你投胎之前殺死你的父親或母親！

事件視界，也就是空間——時間中不可逃逸區域的邊界，正如同圍繞著黑洞的單向膜：物體，譬如不謹慎的航天員，能通過事件視界落到黑洞里去，但是沒有任何東西可以通過事件視界而逃離黑洞。（記住事件視界是企圖逃離黑洞的光的空間——時問軌道，沒有任何東西可以比光運動得更快。）人們可以將詩人但丁針對地獄入口所說的話恰到好處地用於事件視界：「從這兒進去的人必須拋棄一切希望。」任何東西或任何人一旦進入事件視界，就會很快地到達無限緻密的區域和時間的終點。

廣義相對論預言，運動的重物會導致引力波的輻射，那是以光的速度傳播的空間——時間曲率的漣漪。引力波和電磁場的漣漪光波相類似，但是要探測到它則困難得多。就像光一樣，它帶走了發射它們的物體的能量。因為任何運動中的能量都會被引力波的輻射所帶走，所以可以預料，一個大質量物體的系統最終會趨向於一種不變的狀態。（這和扔一塊軟木到水中的情況相當類似，起先翻上翻下折騰了好一陣，但是當漣漪將其能量帶走，就使它最終平靜下來。）例如，繞著太陽公轉的地球即產生引力波。其能量損失的效應將改變地球的軌道，使之逐漸越來越接近太陽，最後撞到太陽上，以這種方式歸於最終不變的狀態。在地球和太陽的情形下能量損失率非常小——大約只能點燃一個小電熱器， 這意味著要用大約1干億億億年地球才會和太陽相撞，沒有必要立即去為之擔憂！地球軌道改變的過程極其緩慢，以至於根本觀測不到。但幾年以前，在稱為PSR1913＋16（PSR表示「脈沖星」，一種特別的發射出無線電波規則脈沖的中子星）的系統中觀測到這一效應。此系統包含兩個互相圍繞著運動的中子星，由於引力波輻射，它們的能量損失，使之相互以螺旋線軌道靠近。

在恆星引力坍縮形成黑洞時，運動會更快得多，這樣能量被帶走的速率就高得多。所以不用太長的時間就會達到不變的狀態。這最終的狀態將會是怎樣的呢？人們會以為它將依賴於形成黑洞的恆星的所有的復雜特徵——不僅僅它的質量和轉動速度，而且恆星不同部分的不同密度以及恆星內氣體的復雜運動。如果黑洞就像坍縮形成它們的原先物體那樣變化多端，一般來講，對之作任何預言都將是非常困難的。

然而，加拿大科學家外奈·伊斯雷爾（他生於柏林，在南非長大，在愛爾蘭得到博士）在1967年使黑洞研究發生了徹底的改變。他指出，根據廣義相對論，非旋轉的黑洞必須是非常簡單、完美的球形；其大小隻依賴於它們的質量，並且任何兩個這樣的同質量的黑洞必須是等同的。事實上，它們可以用愛因斯坦的特解來描述，這個解是在廣義相對論發現後不久的1917年卡爾·施瓦茲席爾德找到的。一開始，許多人（其中包括伊斯雷爾自己）認為，既然黑洞必須是完美的球形，一個黑洞只能由一個完美球形物體坍縮而形成。所以，任何實際的恆星——從來都不是完美的球形——只會坍縮形成一個裸奇點。

然而，對於伊斯雷爾的結果，一些人，特別是羅傑·彭羅斯和約翰·惠勒提倡一種不同的解釋。他們論證道，牽涉恆星坍縮的快速運動表明，其釋放出來的引力波使之越來越近於球形，到它終於靜態時，就變成准確的球形。按照這種觀點，任何非旋轉恆星，不管其形狀和內部結構如何復雜，在引力坍縮之後都將終結於一個完美的球形黑洞，其大小隻依賴於它的質量。這種觀點得到進一步的計算支持，並且很快就為大家所接受。

伊斯雷爾的結果只處理了由非旋轉物體形成的黑洞。1963年，紐西蘭人羅伊·克爾找到了廣義相對論方程的描述旋轉黑洞的一族解。這些「克爾」黑洞以恆常速度旋轉，其大小與形狀只依賴於它們的質量和旋轉的速度。如果旋轉為零，黑洞就是完美的球形，這解就和施瓦茲席爾德解一樣。如果有旋轉，黑洞的赤道附近就鼓出去（正如地球或太陽由於旋轉而鼓出去一樣），而旋轉得越快則鼓得越多。由此人們猜測，如將伊斯雷爾的結果推廣到包括旋轉體的情形，則任何旋轉物體坍縮形成黑洞後，將最後終結於由克爾解描述的一個靜態。

1970年，我在劍橋的一位同事和研究生同學布蘭登·卡特為證明此猜測跨出了第一步。他指出，假定一個穩態的旋轉黑洞，正如一個自旋的陀螺那樣，有一個對稱軸，則它的大小和形狀，只由它的質量和旋轉速度所決定。然後我在1971年證明了，任何穩態旋轉黑洞確實有這樣的一個對稱軸。，最後，在國王學院任教的大衛·羅賓遜利用卡特和我的結果證明了這猜測是對的：這樣的黑洞確實必須是克爾解。所以在引力坍縮之後，一個黑洞必須最終演變成一種能夠旋轉、但是不能搏動的態。並且它的大小和形狀，只決定於它的質量和旋轉速度，而與坍縮成為黑洞的原先物體的性質無關。此結果以這樣的一句諺語表達而成為眾所周知：「黑洞沒有毛。」「無毛」定理具有巨大的實際重要性，因為它極大地限制了黑洞的可能類型。所以，人們可以製造可能包含黑洞的物體的具體模型，再將此模型的預言和觀測相比較。因為在黑洞形成之後，我們所能測量的只是有關坍縮物體的質量和旋轉速度，所以「無毛」定理還意味著，有關這物體的非常大量的信息，在黑洞形成時損失了。下一章我們將會看到它的意義。

黑洞是科學史上極為罕見的情形之一，在沒有任何觀測到的證據證明其理論是正確的情形下，作為數學的模型被發展到非常詳盡的地步。的確，這經常是反對黑洞的主要論據：你怎麼能相信一個其依據只是基於令人懷疑的廣義相對論的計算的對象呢？然而，1963年，加利福尼亞的帕羅瑪天文台的天文學家馬丁·施密特測量了在稱為3C273（即是劍橋射電源編目第三類的273號）射電源方向的一個黯淡的類星體的紅移。他發現引力場不可能引起這么大的紅移——如果它是引力紅移，這類星體必須具有如此大的質量，並離我們如此之近，以至於會干擾太陽系中的行星軌道。這暗示此紅移是由宇宙的膨脹引起的，進而表明此物體離我們非常遠。由於在這么遠的距離還能被觀察到，它必須非常亮，也就是必須輻射出大量的能量。人們會想到，產生這么大量能量的唯一機制看來不僅僅是一個恆星，而是一個星系的整個中心區域的引力坍縮。人們還發現了許多其他類星體，它們都有很大的紅移。但是它們都離開我們太遠了，所以對之進行觀察太困難，以至於不能給黑洞提供結論性的證據。

1967年，劍橋的一位研究生約瑟琳·貝爾發現了天空發射出無線電波的規則脈沖的物體，這對黑洞的存在的預言帶來了進一步的鼓舞。起初貝爾和她的導師安東尼·赫維許以為，他們可能和我們星系中的外星文明進行了接觸！我的確記得在宣布他們發現的討論會上，他們將這四個最早發現的源稱為LGM1－4，LGM表示「小綠人」（「Little Green Man」）的意思。然而，最終他們和所有其他人都得到了不太浪漫的結論，這些被稱為脈沖星的物體，事實上是旋轉的中子星，這些中子星由於它們的磁場和周圍物質復雜的相互作用，而發出無線電波的脈沖。這對於寫空間探險的作者而言是個壞消息，但對於我們這些當時相信黑洞的少數人來說，是非常大的希望——這是第一個中子星存在的證據。中子星的半徑大約10英哩，只是恆星變成黑洞的臨界半徑的幾倍。如果一顆恆星能坍縮到這么小的尺度，預料其他恆星會坍縮到更小的尺度而成為黑洞，就是理所當然的了。

按照黑洞定義，它不能發出光，我們何以希望能檢測到它呢？這有點像在煤庫里找黑貓。慶幸的是，有一種辦法。正如約翰·米歇爾在他1783年的先驅性論文中指出的，黑洞仍然將它的引力作用到它周圍的物體上。天文學家觀測了許多系統，在這些系統中，兩顆恆星由於相互之間的引力吸引而互相圍繞著運動。他們還看到了，其中只有一顆可見的恆星繞著另一顆看不見的伴星運動的系統。人們當然不能立即得出結論說，這伴星即為黑洞——它可能僅僅是一顆太暗以至於看不見的恆星而已。然而，有些這種系統，例如叫做天鵝X－1（圖6.2）的，也剛好是一個強的X射線源。對這現象的最好解釋是，物質從可見星的表面被吹起來，當它落向不可見的伴星之時，發展成螺旋狀的軌道（這和水從浴缸流出很相似），並且變得非常熱而發出X射線（圖6.3）。為了使這機制起作用，不可見物體必須非常小，像白矮星、中子星或黑洞那樣。從觀察那顆可見星的軌道，人們可推算出不可見物體的最小的可能質量。 在天鵝X－1的情形，不可見星大約是太陽質量的6倍。按照強德拉塞卡的結果，它的質量太大了，既不可能是白矮星，也不可能是中子星。所以看來它只能是一個黑洞。

圖6.2在靠近照片中心的兩個恆星之中更亮的那顆是天鵝X－1， 被認為是

由互相繞著旋轉的一個黑洞和一個正常恆星組成。

圖6.3

還有其他不用黑洞來解釋天鵝X－1的模型，但所有這些都相當牽強附會。黑洞看來是對這一觀測的僅有的真正自然的解釋。盡管如此，我和加州理工學院的基帕·索恩打賭說，天鵝X－1不包含一個黑洞！這對我而言是一個保險的形式。我對黑洞作了許多研究，如果發現黑洞不存在，則這一切都成為徒勞。但在這種情形下，我將得到贏得打賭的安慰，他要給我4年的雜志《私人眼睛》。如果黑洞確實存在，基帕·索思將得到1年的《閣樓》 。我們在1975年打賭時，大家80％斷定，天鵝座是一黑洞。迄今，我可以講大約95％是肯定的，但輸贏最終尚未見分曉。

現在，在我們的星系中和鄰近兩個名叫麥哲倫星雲的星系中，還有幾個類似天鵝X－1的黑洞的證據。然而，幾乎可以肯定，黑洞的數量比這多得太多了！在宇宙的漫長歷史中，很多恆星應該已經燒盡了它們的核燃料並坍縮了。黑洞的數目甚至比可見恆星的數目要大得相當多。 單就我們的星系中，大約總共有1千億顆可見恆星。這樣巨大數量的黑洞的額外引力就能解釋為何目前我們星系具有如此的轉動速率，單是可見恆星的質量是不足夠的。我們還有某些證據說明，在我們星系的中心有大得多的黑洞，其質量大約是太陽的10萬倍。星系中的恆星若十分靠近這個黑洞時，作用在它的近端和遠端上的引力之差或潮汐力會將其撕開，它們的遺骸以及其他恆星所拋出的氣體將落到黑洞上去。正如同在天鵝X－1情形那樣，氣體將以螺旋形軌道向里運動並被加熱， 雖然不如天鵝X－1那種程度會熱到發出X射線，但是它可以用來說明星系中心觀測到的非常緊致的射電和紅外線源。

人們認為，在類星體的中心是類似的、但質量更大的黑洞，其質量大約為太陽的1億倍。 落入此超重的黑洞的物質能提供僅有的足夠強大的能源，用以解釋這些物體釋放出的巨大能量。當物質旋入黑洞，它將使黑洞往同一方向旋轉，使黑洞產生一類似地球上的一個磁場。落入的物質會在黑洞附近產生能量非常高的粒子。該磁場是如此之強，以至於將這些粒子聚焦成沿著黑洞旋轉軸，也即它的北極和南極方嚮往外噴射的射流。在許多星系和類星體中確實觀察到這類射流。

人們還可以考慮存在質量比太陽小很多的黑洞的可能性。因為它們的質量比強德拉塞卡極限低，所以不能由引力坍縮產生：這樣小質量的恆星，甚至在耗盡了自己的核燃料之後，還能支持自己對抗引力。只有當物質由非常巨大的壓力壓縮成極端緊密的狀態時，這小質量的黑洞才得以形成。一個巨大的氫彈可提供這樣的條件：物理學家約翰·惠勒曾經算過，如果將世界海洋里所有的重水製成一個氫彈，則它可以將中心的物質壓縮到產生一個黑洞。（當然，那時沒有一個人可能留下來去對它進行觀察！）更現實的可能性是，在極早期的宇宙的高溫和高壓條件下會產生這樣小質量的黑洞。因為一個比平均值更緊密的小區域，才能以這樣的方式被壓縮形成一個黑洞。所以當早期宇宙不是完全光滑的和均勻的情形，這才有可能。但是我們知道，早期宇宙必須存在一些無規性，否則現在宇宙中的物質分布仍然會是完全均勻的，而不能結塊形成恆星和星系。

很清楚，導致形成恆星和星系的無規性是否導致形成相當數目的「太初」黑洞，這要依賴於早期宇宙的條件的細節。所以如果我們能夠確定現在有多少太初黑洞，我們就能對宇宙的極早期階段了解很多。質量大於10億噸（一座大山的質量）的太初黑洞，可由它對其他可見物質或宇宙膨脹的影響被探測到。然而，正如我們需要在下一章看到的，黑洞根本不是真正黑的，它們像一個熱體一樣發光，它們越小則發熱發光得越厲害。所以看起來荒謬，而事實上卻是，小的黑洞也許可以比大的黑洞更容易地被探測到。

5. 黑洞是什麼又是怎麼被發現的

據報道；科學家預言未來70年災難——黑洞吞噬地球。物理學家擔憂美國紐約布魯克哈文實驗室的全球最大粒子加速器，將產生類似黑洞的高密度物質，把整個地球吞噬。宇宙射線大放射。銀河系發生星體爆炸後，若宇宙射線包括伽馬射線放射到地球，可導致氣溫急降，導致冰河時期出現。

一、知識介紹：
1、黑洞的含義； 黑洞，廣義相對論所預言的一種特殊天體。它的基本特徵是具有一個封閉的視界。視界就是黑洞的邊界。外來的物質和輻射可以進入視界以內，而機界內的任何物質都不能跑到外面。
2、黑洞的起源；兩質子星22億年前相撞，今年5月射線才到達地球。天文學家們成功地觀測到了兩個密度極大的質子星相撞後，誕生一個密度相對小的黑洞，星體相撞的地點距離地球220萬光年，所以實際上相撞事件發生在22億年前，而撞擊產生的伽馬射線直到今年5月9日才到達地球。這些伽馬射線的余暉是在9日夜裡被美國航空航天局X射線觀測衛星、「褐雨燕」(Swift)發現的，「褐雨燕」衛星於2004年11月進入太空，其主要任務是通過觀察宇宙伽馬射線爆發探究黑洞的起源。
3、黑洞的形成；黑洞是一種體積極小、質量極大的天體，在其強大引力的作用下，連光都無法逃逸。宇宙中已知的黑洞主要有超巨黑洞和小質量黑洞兩類。
4、黑洞主要特徵是：（1）這個區域有很強的磁場和引力，不斷吞噬大量的星際物質，一些物質在它周圍運行軌跡會發生變化形成圓形的氣體塵埃環；（2）它有很大的能量，可以發出極強的各類射電輻射；（3）由於它極大的引力作用，光線在它附近也會發生彎曲變化。

二、輿論環節：
1、在進入宇航時代的今天，世界各國已擁有各種先進的天文觀測設備，如大口徑配有極靈敏接受器的光學望遠鏡、大型射電天文望遠鏡、突破了地球大氣層包圍的哈勃空間望遠鏡等，天文觀測已觸及到距地球100億光年以外的遙遠天體，從河外星繫到宇宙塵埃都可以一覽無余，甚至像幾萬公里外一支小蠟燭那麼微弱的光也能觀測到，而唯獨對「黑洞」卻無能為力，確有些不合邏輯。如果它真是一種質量、密度很大，磁場、引力極強的「天體」，為什麼至今看不到它的廬山真面目呢？
答；原因很簡單，「黑洞」並不是一種實體星球，而是宇宙天體運動時產生的各種「磁場旋渦」現象，它的能量、射線輻射主要都是由磁場引力作用產生的，因為它的構成物質密度非常稀薄，光波發射極其微弱，所以根本無法在遠距離用光學儀器觀察到它的形狀，按其形態和性質說來它倒真是一個名副其實的「黑暗磁場旋渦洞」。
2、黑洞為什麼能爆發呢？會不會給人類有沒有影響呢？
按照大爆炸宇宙學，在宇宙早期可能形成一些小質量黑洞，一個質量為1015克的黑洞，其空間尺度只有10-13厘米左右（相當於原子核的大小）。小黑洞的溫度很高，有很強的發射。有一種模型認為，高能天體物理研究所發現的一些高能爆發過程，也許就是由這些小黑洞的發射及其最終的爆發引起的。可能會破壞地球，給人類帶來滅亡！

三、圖意展示：
1、他們發現了一個巨大的黑洞，該黑洞的大小相當於整個太陽系，吞進的星體質量相當於3億個太陽，引起的氣體噴發是迄今為止科學家在宇宙中發現的最大的。

2、黑洞 「藝術照」，它正吞噬著氣體和塵埃盤，在另一面成為超熱氣流的塵埃盤被噴射出去。它不斷吞噬宇宙物質來壯大自己。

四、內容設想：
如果「黑洞」是一種物質構成密度非常大的「天體」，那麼，在「黑洞」與物質密度相對極小的宇宙空間兩者應該是有分界面的。
根據光的反射、折射原理，當光投在兩種物質的分界面會有反射和折射現象的，這一點已經從宇宙中所有不發光天體都能夠反光得到證實，無一例外，所以，從「黑洞」不能反射光線這一點說明「黑洞」雖然有很強的吸引力，但是它的物質構成密度非常稀薄，還不足以達到反射光線的程度（並不是光線由於被它吸引無法脫離而不能反射），當光線與它相遇時，只能是穿它而過了，沒有明顯的光反射和折射現象，因此也就無法通過光學觀測直接看到它的形狀，而只能用其它天文觀測方式，通過「黑洞」急速旋轉運動中產生的極強各類射電輻射來證實它的存在

五、分析總結：
游覽了「宇宙黑洞」相關知識，其實黑洞跟我們人類心系相關的。值得我們關注。未來的我們會對黑洞回進一步的研究了解。不但開闊視野，而且我們獲得了一些宇宙知識。我們不僅學到了知識，而且我們提高了沒有解決問題的能力，團結能力。

宇宙黑洞

最古老最大的黑洞

新浪科技訊 據印度報業托拉斯報道，英國劍橋大學的物理學教授斯蒂芬-霍金是現代宇宙黑洞學說的奠基人，被人們譽為當代的愛因斯坦。

30多年來，霍金和他的追隨者們一直認為，部分巨型恆星大爆炸產生了宇宙黑洞，而且，黑洞可以將不慎跌入其中的所有物質吞噬殆盡，就連光和其它宇宙信息也無法逃脫黑洞吞噬的「厄運」。

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然而，有一位印度理論物理學家卻對霍金的這一開創性理論提出了質疑，他就是設在印度第一大城市孟買的巴巴原子研究中心的物理學家阿布哈斯-米特拉。米特拉認為，宇宙黑洞根本不可能存在。

早在4年前，米特拉就在《物理基金快報》雜志上發表了一篇關於質疑黑洞理論的論文。米特拉在這篇引起頗多爭議的論文中指出，霍金的黑洞理論存在著明顯的缺陷，宇宙黑洞是不可能存在的，因為霍金所闡述的黑洞的形狀和存在方式與愛因斯坦的廣義相對論根本不相符合。

米特拉的論文發表後，除少數一些學界人士表示贊同外，大多數主流科學家對他的觀點表示不屑一顧。直到現在，仍然沒有哪一位科學家撰寫論文與米特拉進行辯論。出於學術考慮，米特拉特意邀請包括霍金本人、賈延特-納里卡爾等在內的著名黑洞理論學家對他的論文發表意見，但沒有一人接他的招。

歲月不斷流逝，霍金的黑洞理論終於被他本人推翻了。2004年7月中下旬，霍金在愛爾蘭首都都柏林召開的一次學術會議上自己承認，「從絕對意義上說」，黑洞是根本不存在的。

至此，敢於向權威物理理論學家提出質疑的印度物理學家米特拉被證明是正確的；從另外一種意義上說，米特拉戰勝了霍金。

新浪科技訊 近日國際天文學家通過美國宇航局斯皮策太空望遠鏡的一項最新觀測結果，在宇宙中某一狹窄區域范圍內，首次同時發現了多達21處卻一直深度隱藏著的宇宙「類星體」黑洞群。

這一重大發現第一次從正面證實了多年來天文學領域有關宇宙中有數目眾多的隱身黑洞廣泛存在的推測。充分的證據使人們相信，在浩瀚的宇宙中，的確充滿著各種各樣未被發

現的巨大引力源泉--"類星體"黑洞群體。有關該項最新發現的詳細內容，研究人員已撰文正式刊登在了2005年8月4日出版的《自然》雜志中。

「深藏不露」的類星體

我們知道在現實中的宇宙黑洞，由於其巨大的引力作用，連光線都被緊密吸引束縛，因而無法被人們直接觀測發現。為確定黑洞天體存在的證據，天文學家通過研究發現，在黑洞周圍的物質行為具有其特定行為：在黑洞周圍的宇宙空間中，氣體物質具有超高的溫度，並且在被黑洞強大引力場吸引劇烈加速後，這些物質在徹底消失之前均會被提升到接近光速。而當氣體物質被黑洞徹底吞噬後，整個過程都會釋放出大量的X-射線。通常正是這些逃逸出來的X-射線，顯示出此處有黑洞確實存在的跡象。這便是以往人們發現黑洞的最直接證據。

而另一方面，在一些格外活躍的超大型宇宙黑洞周圍，由於其對周邊物質劇烈的吸引和吞噬行為，還會在黑洞星體外圍產生一層厚重的宇宙氣體和塵埃雲層，這便進一步增大了對黑洞體附近區域的觀測難度，阻礙了天文學家對這些超大黑洞存在的發現工作。天文學上將這些極度活躍的黑洞定義為"類星體"。普通情況下，一個類星體平均一年總共吞噬的物質質量，相當於1000個中等恆星質量的總和。一般情況下，這些類星體距離太陽系都非常遙遠，當我們觀測到他們時已經是億萬年以後的現在，這說明此類黑洞的活動出現在宇宙誕生初期。科學家推定，這種黑洞正是在成長壯大中的宇宙星系前身，所以將其命名為"類星體"。

到目前為止，只有為數不多的幾個"類星體"黑洞被發現，在浩瀚的宇宙深處，是否還有數量眾多的其它類星體存在，仍有待人們進一步去發現，而天文學家在該領域的研究工作則完全依靠對宇宙內部X-射線的全面觀測研究來予以證實。

「充滿」了黑洞的宇宙

近日，來自英國牛津大學的阿里耶-馬丁內茲-聖辛格教授在介紹其首次對宇宙間隱藏黑洞的發現時說，"從以往對宇宙X-射線的觀察研究中，本希望能找到宇宙中大量隱藏類星體存在的證據，但結果確都不盡如人意，令人失望。"而近日根據美國宇航局NASA的斯皮策太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)的最新觀察結果，天文學家則成功穿透了遮蔽類星體黑洞的外圍宇宙塵埃雲層，捕捉到了其中一直暗藏不露的內部黑洞體。由於斯皮策太空望遠鏡能夠有效收集能穿透宇宙塵埃層的紅外光線，使得研究人員順利地在一個非常狹窄的宇宙空間區域內，同時發現了數量多達21個早已存在卻又"隱藏不露"的類星體黑洞群。

來自美國加州理工大學斯皮策科學中心的研究小組成員馬克-雷斯在接受媒體訪問時同時也表示，「如果我們拋開此次發現的21個宇宙類星體黑洞，放眼宇宙中的其它任何區域，我們完全可以大膽預測，必將有數量眾多隱藏著的黑洞將會被陸續發現。這意味著，一如我們原先推測的那樣，在不為人知的宇宙深處，一定有數量眾多、質量超大的黑洞巨無霸，正藉助著星際塵埃的隱蔽，在暗地裡不斷發展壯大著。」(Sabrina)

計算機模擬揭開黑洞食量之謎

新華社電 黑洞有著吞噬一切的惡名，但黑洞貪婪的食量並非永無止境。是什麼因素限制了黑洞的食量與體重？德國和美國科學家最近對兩個星系相撞並融合的過程進行了計算機模擬，為解答這一問題提供了線索。

如今觀察到的多數大星系，中央都盤踞著質量達到幾百萬乃至幾十億個太陽質量的巨大黑洞。但在對幾十個星系進行觀測後科學家發現，星系中央黑洞的質量大概是星系中所

有恆星總質量的五百分之一，不會長得更大。

德國馬克斯-普朗克天體物理學研究所和美國卡內基-梅隆大學的科學家用超級計算機模擬了早期宇宙里兩個星系相撞的情形。這是人們第一次在模擬中發現星系中央黑洞合並的破壞性效果。在大約1億年的時間里，黑洞質量不斷增長，將更多氣體燃料吸引到自己身邊，氣體在向黑洞靠近時變得更熱、更明亮。這樣，融合後的星系核就成了一個類星體。

科學家解釋說，按照模擬結果，大黑洞在經歷稱為「類星體」的成長階段時，周圍熾熱的氣體物質會爆發，產生一股強大的宇宙風，將絕大部分氣體塵雲從黑洞附近乃至整個星系裡颳走，拋入深空。放完這個巨大的宇宙焰火之後，黑洞沒有了食料，質量不再增長；星系也沒有了製造恆星的原料，恆星不再誕生。星系成熟了，世界清靜了。

類星體是一種極其明亮的天體，它於上世紀60年代首次被發現。由於看起來很像恆星，又發出強烈的射電波，因而被稱為「類恆星射電源」，中文譯作類星體。經歷了長時間爭論後，許多天文學家現在認為，類星體的本質是劇烈活動的星系核。在那裡，熾熱氣體在跌入巨大黑洞的途中發出強烈的射線，使得遠在幾十甚至上百億光年外的我們也能看到。

科學家們在英國《自然》雜志上發表論文指出，模擬顯示星系中央黑洞質量與星系中恆星總質量直接相關，這與觀測結果相符，意味著黑洞可能是星系形成過程的密切參與者。但這只是一個簡單的模擬，真正的過程極其復雜，他們目前還不明白類星體是怎樣爆發出能量的.