黑洞是什么意思（宇宙黑洞形成原因）

黑洞是什么意思(宇宙中黑洞形成的原因)

黑洞，是一种质量和引力都很大的天体，字面上可以理解为看不见的“无底洞”。因为连光子都“掉进”了“无底洞”，无法“逃脱”，没有光子出来，所以我们看不到。

星际电影中的黑洞

关于黑洞的历史

英国地理学家约翰·林可唯首先提出了黑洞的问题。1783年，他提出，如果一个天体的质量与太阳相同，而这个天体的直径只有3公里左右，那么这个天体表面的引力是如此之大，以至于即使是宇宙中最快的光子也无法逃离它的表面。

此外，法国物理学家拉普拉斯在1796年预言:“如果一个天体的质量约为太阳的250倍，直径相当于地球的直径，那么这个天体表面的引力将变得如此之大，以至于连光都无法逃脱。”

直到20世纪爱因斯坦发表了广义相对论，我们对黑洞理论有了很多新的认识，比如知道黑洞形成的必要条件，以及黑洞特有的三个物理特征。

根据劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究，一个中等大小的黑洞可能会“复活”一颗死去的白矮星。图为黑洞吸入蓝星附近的物质。(图片:美国宇航局)

黑洞概述

黑洞是一个时间空区域，它会表现出如此强大的引力效应，以至于任何粒子和电磁辐射，比如光子，都无法从黑洞内部逃逸。广义相对论预言，一个足够密集的质量可以弯曲时间空，从而形成一个不可逃避的区域边界，这就是所谓的事件视界。简而言之，这就是消息的结尾，你无法把它弄出来。

目前还没有直接观测到黑洞的证据，但我们可以从黑洞周围的时间空入手，寻找黑洞的间接证据。例如，当黑洞影响周围的恒星时，恒星的物质会由于黑洞的强大引力而落入黑洞，黑洞和恒星之间会形成吸积盘。在这个过程中，恒星的物质会被加热释放出能量(X射线)，这将被我们观测到。这里需要知道的是，目前还没有发现真正的黑洞，只是发现了类似黑洞的候选者。

X射线双星系统中的巨星吸积盘示意图

黑洞的形成

黑洞是大质量恒星在临界值以上“死亡”形成的一种特殊天体。起初，典型的恒星，如太阳，是由氢聚变提供动力的。然后氢气耗尽，由于重力的压力，核心环境变成氦气，开始聚变。质量较大的恒星会发生核聚变成为更重的元素，直到达到铁。根据理论，如果恒星的核心质量大于或等于太阳质量的3.2倍，那么将不再有能量(斥力)来抵抗自身的引力，引力将开始向中心无限坍缩，然后形成一个“黑洞”。黑洞的中心将趋向奇点。

目前黑洞的形成有两个经典极限值。第一个是奥本海默-沃尔科夫极限(冷中子星的质量上限)，接近太阳质量的2.17倍。如果一颗冷中子星超过这个极限，它很可能会由于强大的引力而坍缩成黑洞。第二个是著名的史瓦西半径。史瓦西半径是指当一个物体被压缩到临界半径时，就会形成黑洞。严格来说是一个球形对称、不旋转、不带电的物体的重力场值。当一个特定质量的物体被压缩到这个值时，它自身的引力就可以不受约束地被压缩到奇点。理论上，太阳的史瓦西半径约为3km，地球的史瓦西半径只有9mm左右。一个质量是太阳3.2倍的天体，如果被压缩到它的史瓦西半径内，就会形成一个黑洞。

两个黑洞互相旋转。最终这两个黑洞会合并并产生引力波。(制图:Alamy股票照片)

参考数据