为什么会有黑洞？
- 提问者网友：椧運幽默
- 2021-11-08 13:38
- 五星知识达人网友：胯下狙击手
- 2021-11-08 15:13
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。
- 1楼网友：你哪知我潦倒为你
- 2021-11-08 19:34
- 2楼网友：老鼠爱大米
- 2021-11-08 18:44
- 3楼网友：山河有幸埋战骨
- 2021-11-08 17:08
17世纪末，英国的米切尔和法国的拉普拉斯，根据牛顿力学得出，当一个天体表面逃逸速度等于光速时，这个天体将是看不见的，这样一个结论，是对黑洞存在的最初猜想了。
1915年年底，德国的卡尔·史瓦西应用广义相对论方程，计算得到了一个点状引力源周围的时空特性。史瓦西得出，随着与点状引力源距离的缩短，时空几何出现奇异性。当距离r＝2GM/c^2（M为中心质量，G为牛顿的万有引力常数，c为光速）时，空间和时间都丧失了自己的特性，时间趋于无限（可以理解为时间停滞了），空间弯曲到了自身，就是说，引力已经强大到光也无法逃脱了。而这正是米切尔和拉普拉斯根据牛顿力学得出的天体表面逃逸速度等于光速时的情形。
这个距离对太阳质量是3千米，对100万倍太阳质量是300万千米。对地球则是1厘米。在这个距离上，所有天体都是黑的，是不可见的。
黑洞是大质量恒星演化至终结时的残骸。当质量大于10倍太阳质量的恒星演化至红巨星阶段后，由于核燃料用尽，内核收缩，通过“铁芯灾变”发生超新星爆发，把外壳炸开，内核收缩，达到史瓦西半径，成为一个黑洞。在它周围，时空几何发生变化，时空急剧内缩，成为宇宙空间中的一个引力深阱。但在它的外围一定距离以外，时空依然如旧，不会有什么变化。
1920年，英国的安德森应用史瓦西的结果，计算了太阳成为黑洞时，太阳系的时空几何结构，他得出的结论是，“如果太阳持续收缩，终有一天它会消失在黑暗中，这不是因为它不再发光，而是因为它和引力场变得使光不能透过。”此后，更多的人对太阳如果成为黑洞，太阳系会如何进行了多次计算，结果是一致的：如果用一个与太阳质量相当的黑洞代替太阳，太阳系除了陷入一片黑暗外，不会有任何变化，各个行星依然会围绕这个黑洞正常运行。
黑洞仍然是一颗星，只是由于强大的引力，自身发出的光无法脱离，外界进入的所有物质和辐射也完全落入其中，好像是宇宙空间中的一个无底洞，所以才叫做黑洞。
根据计算，不产生一个恒星级黑洞，原恒星的质量不能小于10倍太阳质量，而由它形成的黑洞的质量，是3倍太阳质量。就是说，形成黑洞后，它的质量变小了，引力当然也变小了，只是由于它的质量过于集中，才会在它的周围形成强大的引力场。用史瓦西的结果说，就是r变小了，质量更加集中了，引力也更加集中了，如此而已。
- 4楼网友：躲不过心动
- 2021-11-08 16:05
中国科学家造出世界第一个“人造黑洞”在宇宙中，黑洞吞噬万物，甚至包括光。 它有着“黑洞”之名，虽然尺寸“迷你”，但任何经过的电磁波或光，都不可能逃离它的引力。10月15 日，《科学》杂志宣布，世界上第一个“人造黑洞”在中国东南大学实验室里诞生。 不过，这个小型“黑洞”不仅不会毁灭世界，还能帮助人们更好地吸收太阳能。 在宇宙中，黑洞吞噬万物，甚至包括光。人们乐意议论这种天体，因为它神秘、“性情”怪异：它身处宇宙最幽暗的地方，没有人能直接观测到它，而靠近它的任何物质，都会被无情地拖曳到它的深渊里，小行星、星尘、光波、时间，无一例外。 人们对黑洞这种天体感到好奇，但绝不会希望有任何一个黑洞接近自己，或我们的星球。然而现在却有一些科学家在自己的实验室里造出了“黑洞”，一个“迷你”黑洞。 10 月15 日的《科学》杂志在介绍这种“人造黑洞”时建议，人们可以把这种“黑洞”装进自己的大衣口袋里。 制造出“人造黑洞”的是中国东南大学的一个研究组，崔铁军教授和程强教授是其中最主要的两位研究者。