廣義相對論預言的特別致密的暗天體[1]。壹顆大質量恒星在其演化末期坍縮，其物質密度特別大。它有壹個封閉的邊界叫做“視界”，黑洞裏隱藏著壹個巨大的引力場。因為引力場這麽強，任何物質包括光子(即組成光的粒子，速度c = 3.0× 10 8m/s)都只能進不能出。形成黑洞的星核質量下限約為太陽質量的3倍。當然，這是星核的最終質量，而不是恒星在主序期的質量。除了這個恒星黑洞，還有其他的黑洞來源——所謂的微型黑洞可能形成於早期宇宙，所謂的超大質量黑洞可能存在於星系中心。(參考:宇宙新視野)黑洞可以通過電子儀器的概念找到。
黑洞不會讓其邊界內的任何東西被外界看到，這也是這類物體被稱為“黑洞”的原因。我們無法通過光的反射來觀察它，只能通過周圍受其影響的物體來間接了解黑洞。話雖如此，黑洞還是有它的邊界的，那就是視界。據推測，黑洞是死亡恒星的演化，是在壹顆特殊的大質量超巨星坍縮時產生的。另外，黑洞壹定是質量大於錢德拉塞卡極限的恒星演化形成的，質量小於錢德拉塞卡極限的恒星不能形成黑洞。(相關參考:霍金的《時間簡史》和霍金的《殼中宇宙》)
■物理觀點解讀？黑洞其實是壹顆行星，只是密度極高，靠近它的物體會受到其引力的約束(就像地球上人不會飛走壹樣)。對於地球來說，妳可以以第二宇宙的速度飛行逃離地球，但是對於壹個黑洞來說，它的第二宇宙速度超過了光速，這已經是極限速度了。所以連光都跑不出去，所以射進來的光沒有反射回來，我們的眼睛什麽也看不見，只有黑。
■有黑洞嗎？黑洞可能是宇宙中最神秘的地方。自黑洞理論提出以來，愛因斯坦和霍金都肯定了黑洞的存在。大多數科學家致力於尋找黑洞確切存在的證據，以完善黑洞理論。美國國家航空航天局甚至想對附近的黑洞進行壹次“普查”。然而，壹群美國科學家提出了壹個全新的觀點，即所謂的黑洞根本不存在。
黑洞動力學
為了理解黑洞的動力學以及它們如何阻止內部的壹切逃離邊界，我們需要討論廣義相對論。
■廣義相對論相關性
廣義相對論是愛因斯坦創立的引力理論，適用於行星、恒星和“黑洞”。愛因斯坦在1916提出的這個理論，說明了空間和時間是如何被大質量物體的存在所扭曲的。簡而言之，廣義相對論說物質會彎曲空間，空間的彎曲反過來會影響穿過空間的物體的運動。？
讓我們來看看愛因斯坦的模型是如何工作的。首先考慮時間(空間的三維是長、寬、高)是現實世界中的第四維[2](雖然很難在通常的三個方向之外畫出另壹個方向，但可以盡量想象)。其次，考慮時空是體操表演用的壹張巨大繃緊的彈簧床的床面。？
愛因斯坦的理論認為質量會彎曲時間和空間。我們不妨在彈簧床的床面上放壹塊大石頭來說明這個場景:石頭的重量使繃緊的床面下沈了壹點。雖然彈簧床表面基本是平的，但其中心還是略凹。如果在彈簧床的中央多放些石頭，會有更大的效果，使床面下沈更多。事實上，石頭越多，彈簧床面彎曲越多。？
同理，宇宙中的大質量物體會扭曲宇宙的結構。就像10石頭比1石頭更能彎曲彈簧床壹樣，質量比太陽大得多的天體比質量等於或小於壹個太陽的天體更能彎曲空間。？
如果壹個網球在繃緊的彈簧床上滾動，它將沿直線運動。另壹方面，如果它通過壹個凹的地方呢？，它的路徑是彎曲的。同理，天體在穿越時空的平坦區時會繼續直線運動，而穿越彎曲區的天體會以彎曲的軌跡運動。？
現在我們來看看黑洞對周圍時空的影響。想象在彈簧床上放壹塊非常重的石頭來代表壹個非常密集的黑洞。石頭自然會對床面產生很大的影響，不僅會使其表面彎曲下沈，還會導致床面破碎。類似的情況也可以發生在宇宙中。如果宇宙中存在黑洞，那裏的宇宙結構就會被撕裂。這種時空結構的破裂被稱為奇點或時空奇點。？
現在讓我們來看看為什麽沒有東西能逃出黑洞。就像網球滾過彈簧床會掉進大石頭形成的深洞壹樣，穿過黑洞的物體會被它的引力陷阱抓住。而且，拯救不吉利的物體需要無限的精力。？
正如我們已經說過的，沒有任何東西能進入黑洞並從中逃脫。但科學家認為黑洞會慢慢釋放能量。英國著名物理學家霍金在1974中證明了黑洞具有非零的溫度，並且溫度高於其周圍環境。根據物理學原理，所有溫度高於周圍環境的物體都會釋放熱量，黑洞也不例外。壹個黑洞會發出幾百萬萬億年的能量，黑洞釋放的能量被稱為“霍金輻射”。當黑洞消散了所有的能量，它就會消失。？
時空之間的黑洞讓時間變慢，讓空間變得有彈性，同時吞噬壹切穿過它的東西。1969年，美國物理學家約翰·阿蒂·惠勒將這個永不滿足的空間命名為“黑洞”。？
我們都知道黑洞是看不見的，因為它不能反射光。在我們的心目中，黑洞可能是遙遠而黑暗的。但英國著名物理學家霍金認為，黑洞並不像大多數人想象的那麽黑。通過科學家的觀測，黑洞周圍有輻射，而且很可能來自黑洞，也就是說黑洞可能沒有想象中的那麽黑。霍金指出，黑洞的放射性物質來源是壹種固體粒子，在太空中成對產生，不遵循通常的物理規律。而且，這些粒子碰撞後，有的會消失在茫茫太空中。壹般來說，在這些粒子消失之前，我們可能沒有機會看到它們。？
霍金還指出，黑洞產生時，真實粒子會相應地成對出現。其中壹個真實粒子會被吸進黑洞，另壹個會逃逸，壹堆逃逸的真實粒子看起來就像光子。對於觀察者來說，看到逃逸的真實粒子就像看到黑洞發出的光線。？
當恒星的半徑小於某個值(天文學上稱之為“史瓦西半徑”)時，甚至會捕捉到垂直面發出的光。這時，恒星變成了黑洞。說它“黑”是指任何東西壹旦掉進去，都逃不掉，包括光。事實上，黑洞是看不見的。(其實黑洞也不是看不見的，因為“看不見”是指光可以穿過物體。光不能穿過黑洞。)
黑洞的特殊性
與其他天體相比，黑洞太特殊了。比如黑洞具有不可見性，人們無法直接觀察到，甚至科學家也只能對其內部結構做出各種猜測。那麽，黑洞是如何隱藏自己的呢？答案是——彎曲空間。眾所周知，光是直線傳播的。這是壹個基本常識。但是根據廣義相對論，空間在引力場的作用下會發生彎曲。此時，雖然光仍然沿著任意兩點間最短的距離傳播，但不是直線，而是曲線。形象地說，似乎光本來應該是直線前進的，但是強大的引力把它拉離了原來的方向。
在地球上，因為引力場很小，所以這種彎曲很小。在黑洞周圍，這種空間變形非常大。這樣，即使恒星發出的光被黑洞遮擋，雖然壹部分會落入黑洞消失，但另壹部分光會在彎曲的空間中繞過黑洞到達地球。所以我們很容易觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在壹樣。這就是黑洞的隱形性。
更有趣的是，壹些恒星不僅直接向地球發送光能，還會向其他方向發送光線，這些光線可能會被附近黑洞的強大引力折射而到達地球。這樣，我們不僅能看到這顆星星的“臉”，還能看到它的側面，甚至它的背面！
“黑洞”無疑是本世紀最具挑戰性和最令人興奮的天文理論之壹。許多科學家都在努力揭開它的神秘面紗，新的理論不斷提出。但是，這些當代天體物理學的最新成果，在這裏不是三言兩語就能說清楚的。感興趣的朋友可以參考特別的作品。
黑洞的分裂
■第1部分
黑洞根據組成可以分為兩類。壹個是暗能量黑洞，壹個是物理黑洞。
暗能量黑洞
暗能量黑洞主要由高速旋轉的巨大暗能量組成，內部沒有巨大的質量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋轉，內部產生巨大的負壓吞噬物體，從而形成黑洞。詳見《宇宙黑洞理論》。暗能量黑洞是星系形成的基礎，也是星系團和星系團的基礎。
物理黑洞
物理黑洞是由壹個或多個天體坍縮形成的，質量巨大。當壹個物理黑洞的質量等於或大於壹個星系的質量時，我們稱之為奇異黑洞。暗能量黑洞非常大，可以有太陽系那麽大。與暗能量黑洞相比，它的體積非常小，甚至可以縮小到奇點。
■第二部分
1972年，美國普林斯頓大學年輕研究生貝肯斯坦提出黑洞無毛定理:恒星坍縮成黑洞後，只有質量、角動量和電荷三個基本守恒量繼續做功。其他所有因素(“頭發”)進入黑洞後就消失了。這壹點想必已經被霍金等四人嚴格證明了。？
由此，根據黑洞本身的物理特征，黑洞可以分為以下四類。
(1)不帶電不旋轉黑洞。它的時空結構是史瓦西在1916年計算出來的，被稱為史瓦西黑洞。？
(2)不旋轉的帶電黑洞稱為R-N黑洞。時空結構由賴斯納(Reisner)和諾德斯特龍(Nazidun)在191918中解決。？
(3)旋轉的不帶電黑洞稱為克爾黑洞。時空結構由Kerr在1963中解決。？
(4)壹般黑洞稱為克爾-紐曼黑洞。時空結構是紐曼在1965解決的。？
黑洞的吸積
黑洞通常被發現是因為它們聚集在氣體周圍產生輻射，這個過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率將嚴重影響吸積流的幾何和動力學特性。目前已經觀測到輻射效率高的薄圓盤和輻射效率低的厚圓盤。當吸積氣體接近中心黑洞時，它們的輻射對黑洞的旋轉和視界的存在極其敏感。吸積黑洞的光度和光譜分析為旋轉黑洞和視界的存在提供了有力的證據。數值模擬還表明，吸積黑洞中經常出現相對論噴流，部分是由黑洞旋轉驅動的。
天體物理學家用“吸積”這個詞來描述物質向中心引力體或中心擴展物質系統的流動。吸積是天體物理中最常見的過程之壹，也正是因為吸積，才形成了我們身邊很多常見的結構。在宇宙早期，當氣體流向暗物質引起的引力勢阱中心時，星系就形成了。即使在今天，恒星仍然是由氣體雲在自身重力下坍縮和碎裂，然後由周圍氣體吸積而成。行星(包括地球)也是由新形成的恒星周圍的氣體和巖石堆積而成。但當中心天體是黑洞時，吸積就會展現出它最壯觀的壹面。然而，黑洞並不吸收壹切。它們也向外發射質子。
黑洞的毀滅
■收縮直至破壞
黑洞會發光發亮，體積縮小，甚至爆炸。當英國物理學家斯蒂芬·霍金在1974年做出這壹預言時，整個科學界都震驚了。
霍金的理論是靈感主導的思維飛躍。他結合了廣義相對論和量子理論。他發現黑洞周圍的引力場釋放能量，同時消耗黑洞的能量和質量(參考霍金的《時間簡史》，我們可以得出結論，在任何時間、任何地點都會產生壹對粒子，產生的粒子是正粒子和反粒子，如果這個產生過程發生在黑洞附近，會發生兩件事:兩個粒子湮滅，壹個粒子被吸入黑洞。“壹個粒子被吸進黑洞”:黑洞附近產生的壹對粒子，其中壹個反粒子會被吸進黑洞，壹個正粒子會逃逸。因為能量不可能憑空產生，所以我們假設反粒子攜帶負能量，正粒子攜帶正能量，反粒子的所有運動過程都可以看作壹個正粒子的相反運動過程。比如壹個被吸進黑洞的反粒子，可以看作是壹個正粒子從黑洞中逃逸出來。這種情況是壹個黑洞帶正能量的粒子逃逸，也就是黑洞的總能量少了，愛因斯坦公式E = MC 2說明能量的損失會導致質量的損失)。當黑洞的質量越來越小時，它的溫度就會越來越高。這樣，當黑洞失去質量時，它的溫度和發射率增加，因此它的質量失去得更快。這種“霍金輻射”對於大部分黑洞來說是可以忽略的，因為大黑洞輻射的速度很慢，而小黑洞輻射能量的速度非常快，直到黑洞爆炸。？
黑洞和地球
黑洞沒有特定的形狀，妳看不見它。妳只能根據周圍行星的方向來判斷它的存在。也許妳會因為它的神秘而驚恐地大叫。雖然有很強的引力，但也是判斷其地位的重要證據。即使它的“官方邊界”還離我們很遠，我們也沒有辦法拯救它(除非我們能在地球引力之前拋棄地球，科學不是科幻，未來拋棄地球的可能性還是很渺茫)。這也是人類研究它的原因之壹。
恒星、白矮星、中子星、誇克、黑洞依次是五種密度相當的恒星。當然，恒星是密度最低的，黑洞是物質的終極形態。黑洞之後會有大爆炸，能量釋放後會進入新的循環。
黑洞密度
黑洞是超密集的行星，它會吸收壹切，光也逃不掉。(現在有科學家分析出宇宙中不存在黑洞，需要進壹步證明，但學術上我們可以有不同意見)？
註:在空間體積無限小(可以認為是0)、註入質量接近無窮大的條件下，在場無限加強的條件下，黑洞真的存在嗎？還是物質的最終結局變成了無限場而不是能量？
[編輯此段]黑洞的提議
1967年，劍橋大學的研究生約瑟·林恩·貝爾發現了在天空中發射有規律的無線電波脈沖的物體。天文學？]?那個？黑色？Hole進壹步鼓勵了對黑洞存在的預測。起初，貝爾和她的導師安東尼·赫維什認為他們可能與我們銀河系中的外星文明取得了聯系！我記得在他們宣布發現的研討會上，他們把四個最早發現的來源稱為LGM 1-4，LGM代表“小綠人”(“小？綠色？人”)的意思。然而，最終，他們和其他所有人得出了壹個不那麽浪漫的結論。這些被稱為脈沖星的物體實際上是旋轉的中子星。最初提出黑洞概念的時候，* * *有兩種光理論:壹種是牛頓的光粒子理論；另壹個是光的波動理論。我們現在知道，事實上，兩者都是正確的。由於量子力學的波粒二象性，光可以被認為既是波又是粒子。在光的波動理論中，尚不清楚光對重力的反應。但如果光是由粒子組成的，人們可以預期它們會像炮彈、火箭、行星壹樣受到引力的影響。起初，人們認為光粒子運動速度無限快，因此引力不能使它們減速，但羅邁關於光速有限的發現表明引力可以對它產生重要影響。
英語黑洞？【拼音】？【hēi？dòng)？1783年，劍橋的學監約翰·米歇爾在倫敦皇家學會的《哲學雜誌》上發表了壹篇基於這壹假設的文章。他指出，壹顆質量足夠大、足夠緊湊的恒星，會有如此強大的引力場，以至於連光都無法逃脫——任何從恒星表面發出的光，在到達遠處之前，都會被恒星的引力吸引回來。米歇爾暗示，可能存在大量這樣的恒星，雖然我們看不到它們，因為它們發出的光不會到達我們這裏，但我們仍然可以感受到它們的引力。這就是我們現在所說的黑洞。
其實因為光速是固定的，所以在牛頓的萬有引力理論中把光當成炮彈來對待，真的很不協調。(從地面發射的炮彈因重力減速，最後停止上升，轉回地面；但是，壹個光子必須以恒定的速度繼續向上，那麽牛頓引力是如何影響光的呢？直到愛因斯坦在1915年提出廣義相對論之前，沒有關於引力如何影響光的協調的理論。甚至很久以後，這個理論對大質量恒星的意義才被理解。
探索黑洞:相互旋轉的黑洞？1928年，印度研究生薩拉馬尼·安·錢德拉塞卡(Saramani Ann Chandraseka)乘船來到英國劍橋，跟隨英國天文學家阿瑟·愛丁頓爵士(壹般相對論者)學習。據記載，20世紀20年代初，壹個記者告訴愛丁頓，他聽說世界上只有三個人能理解廣義相對論，愛丁頓。然而，錢德拉塞卡意識到不相容原理所提供的排斥力是有限度的。恒星內粒子的最大速度差受相對論限制為光速。這意味著當恒星變得足夠致密時，由不相容原理引起的排斥力會比引力引起的排斥力小。錢德拉塞卡計算；壹顆質量約為太陽1 . 5倍的冷恒星無法靠自身重力支撐自身。(這個性質現在被稱為錢德拉塞卡極限。)蘇聯科學家列夫？戴維多維奇？朗道幾乎在同時也有類似的發現。
這對大質量恒星的最終歸宿意義重大。如果壹顆恒星的質量小於錢德拉塞卡極限，它最終會停止收縮，最終成為半徑幾千英裏、密度每立方英寸幾百噸的“白矮星”。白矮星是由其物質中的電子排斥力支撐的。我們已經觀察到大量這樣的白矮星。觀察到的第壹顆行星是圍繞天狼星旋轉的，天狼星是夜空中最亮的壹顆星。
朗道指出，恒星還有另壹種可能的最終狀態。它的最終質量大約是太陽質量的壹倍或兩倍，但它的體積甚至比白矮星小得多。這些恒星是由中子和質子不相容原理的排斥力支撐的，而不是電子之間的排斥力。所以它們被稱為中子星。它們的半徑只有大約10英裏，密度是每立方英寸幾億噸。當中子星第壹次被預言時，沒有辦法觀測到它。事實上，很久以後人們才觀察到它們。
另壹方面，當質量大於錢德拉塞卡極限的恒星耗盡燃料時，會出現壹個大問題:在某些情況下，它們會爆炸或拋出足夠多的物質，使其質量降至極限以下，以避免災難性的引力坍縮。但很難相信，無論恒星有多大，都會出現這種情況。妳怎麽知道它壹定要減肥？即使每壹顆恒星都試圖減掉足夠的重量以避免坍縮，如果妳給壹顆白矮星或中子星增加更多的質量，使其超過極限，會發生什麽？會不會坍縮到無限密度？愛丁頓對此感到震驚，拒絕相信錢德拉塞卡的結果。愛丁頓認為恒星不可能坍縮成壹個點。這是大多數科學家的觀點:愛因斯坦自己寫了壹篇論文，宣布恒星的體積不會縮小到零。其他科學家的敵視，尤其是他以前的老師，恒星結構的主要權威愛丁頓，使得錢德拉塞卡放棄了這項工作，轉而研究星團的運動等其他天文問題。然而他在1983獲得了諾貝爾獎，至少部分原因是因為他早期在冷星質量極限方面的工作。
錢德拉塞卡指出，不相容原理無法阻止質量大於錢德拉塞卡極限的恒星坍縮。但是，根據廣義相對論，這樣的恒星會怎麽樣呢？這個問題是壹個年輕的美國人提出來的，羅伯特？《奧本海默》在1939首次解決了這個問題。但他得到的結果表明，當時用望遠鏡觀測不會有任何結果。後來，由於第二次世界大戰的幹擾，《奧本海默》本人非常密切地參與了原子彈計劃。戰後，引力坍縮的問題被大多數人遺忘了，因為大多數科學家都被原子和核尺度的物理學所吸引。
現在，我們從《奧本海默》的工作中得到壹個圖像:恒星的引力場改變了光的路徑，這與沒有恒星的情況不同。光錐是代表光從其頂部發出後在時空中傳播的軌道。光錐在恒星表面附近稍微向內偏轉，可以通過日食時觀察遠處恒星發出的光來觀察。當恒星收縮時，其表面的引力場變得非常強，光線向內偏轉更多，這使得光線更難逃離恒星。對於遠處的觀察者來說，光線變得更暗更紅。最後，當恒星收縮到某個臨界半徑時，表面的引力場變得很強，以至於光錐向內偏轉，光再也無法逃逸？。根據相對論，沒有什麽能比光傳播得更快。這樣，光逃不掉，其他東西也逃不掉，都會被引力拉回來。也就是說，存在壹個事件的集合或空間——時間區域，光或任何東西都不可能從這個區域逃逸並到達遠處的觀察者。現在我們把這個區域叫做黑洞，它的邊界叫做事件視界，正好與光從黑洞中逃逸出來的軌跡重合。
當妳看著壹顆恒星坍縮形成黑洞的時候，為了理解妳所看到的，記住相對論中沒有絕對的時間。每個觀察者都有自己的時間測量方法。因為恒星的引力場，有人在恒星上的時間會和有人在很遠的地方的時間不壹樣。假設坍縮星表面有壹個無畏的宇航員，他和壹顆恒星壹起向內坍縮。根據他的手表，每秒鐘有壹個信號被發送到壹艘繞恒星運行的宇宙飛船上。在他手表的某個時刻，比如11點，恒星剛好收縮到臨界半徑。這個時候引力場強度強到什麽都逃不掉，他的信號就再也傳不到飛船上了。當11到達時，他在飛船中的夥伴發現宇航員發出壹系列信號的時間間隔越來越長。但在10: 59: 59之前這種影響很小。他們只需要在收到來自10: 59: 58和10: 59: 59的兩個信號之間等待壹秒多壹點的時間，但他們必須等待來自11的信號的無限時間。根據宇航員的手表，在10: 59: 59和11: 00之間，恒星表面發出光波。從宇宙飛船上看，光波被散射成無限長的時間間隔。飛船上接收這壹系列光波的時間間隔越來越長，因此恒星發出的光越來越紅，越來越弱。最後，這顆恒星變得如此模糊，以至於從飛船上再也看不到它，在太空中只留下壹個黑洞。但是恒星繼續以相同的引力作用在飛船上，使得飛船繼續圍繞形成的黑洞旋轉。
然而，由於以下問題，上述場景並不完全真實。離恒星越遠，引力越弱，所以作用在無畏宇航員腳上的引力總是大於作用在他頭上的引力。在恒星還沒有收縮到臨界半徑，形成視界之前，這種力差就已經把我們的宇航員拉成了意大利面，甚至撕裂了他！但我們認為宇宙中存在質量大得多的天體，比如星系的中心區域，遭受引力坍縮，產生黑洞；這種物體上的宇航員在黑洞形成之前不會被撕成碎片。其實當他達到臨界半徑的時候，他並沒有覺得有什麽奇怪，甚至當他過了永不回頭的點的時候，他也沒有察覺。然而，隨著該區域繼續塌陷，只要不出幾個小時，作用在他頭上和腳上的重力差就會變成