黑洞研究史。

經典力學以牛頓和麥克斯韋為(wei) 代表，但牛頓更出名一點。如果牛頓是塔頂上的一顆夜明珠，那麽(me) 愛因斯坦就是夜明珠上空一顆非常耀眼的明星。現代物理以愛因斯坦的相對論和量子力學為(wei) 兩(liang) 大支柱，而愛因斯坦又是當今科學界最有名的科學家。

1916年德國史瓦西，通過計算得到了愛因斯坦場方程的一個(ge) 真空解，這個(ge) 解表明宇宙中存在黑洞這樣的天體(ti) 。並隨此得出任何有質量的物質都存在一個(ge) 臨(lin) 界半徑，稱此為(wei) 史瓦西半徑，即物體(ti) 的實際半徑小於(yu) 其史瓦西半徑就變成黑洞。隨後英國科學家霍金和羅傑·彭羅斯等又研究了黑洞的一些性質；今年我國科學家通過慧眼研究了黑洞的冕，黑洞冕就是黑洞噴射出的等離子流，我國科學人員通過慧眼發現，當黑洞的冕逐漸衰弱時，它對黑洞吸積盤的照射程度也會(hui) 減弱。

縱觀研究史，愛因斯坦、史瓦西和霍金是到現在為(wei) 止對黑洞研究貢獻最大的三位科學家。

黑洞的認識。

黑洞要麽(me) 質量非常大；要麽(me) 密度極其大，因為(wei) 密度=質量÷體(ti) 積，所以質量小的黑洞，其體(ti) 積必須極其小。宇宙中的黑洞一般質量非常大，是一種引力極大的天體(ti) ，進入黑洞的東(dong) 西幾乎都不能出來，就連光這樣的物質也無法逃脫黑洞的魔爪。

黑洞的黑，黑洞由於(yu) 具有極其超強的引力，所以進入黑洞視界的物質無法出來，就連光也不能出來，這樣我們(men) 就無法看到黑洞視界裏麵的任何物質。視界是一種界線，黑洞視界就是一個(ge) 閉合曲麵，其視界半徑大於(yu) 等於(yu) 史瓦西半徑（不旋轉黑洞的視界半徑為(wei) 史瓦西半徑，一般都近似球麵）。

黑洞的吸積，吸積是各種天體(ti) 最普遍的行為(wei) ，天體(ti) 通過引力把周圍的物質吸入自身，使自己變得越來越強壯。宇宙中的黑洞更是如此，他用超強的吸引力把自己周圍的物質吸入進去，使其質量逐漸變大，引力逐漸變強。黑洞就是依靠吞噬落入其中的物質而成長；但是當黑洞“進食”大量物質時，就會(hui) 有高速等離子噴流從(cong) 黑洞邊緣逃逸而出。

黑洞的蒸發，黑洞並不是完全的黑，在特殊情況下是會(hui) 蒸發的。英國科學家霍金發現黑洞有蒸發現象，他指出黑洞既可以通過吸積物質增加質量，也可以向外發射物質，使質量減小。從(cong) 此改變了黑洞的經典圖像：黑洞是一個(ge) 物質隻進不出的完全“黑”的天體(ti) 。今天的黑洞模型已經不是那麽(me) 黑了，他既可以吞進物質，也可以吐出物質。比如前麵說的我國科學家研究黑洞冕的噴發，再比如正反粒子對在黑洞附近的分離。

霍金發現，量子真空會(hui) 被黑洞強引力場極化，從(cong) 而產(chan) 生一對正反粒子，黑洞更容易捕獲反粒子，而反粒子帶有負能量，這樣黑洞就損失了能量，根據愛因斯坦方程E=mc²，黑洞的質量就減少了。反粒子進入黑洞，正粒子留在宇宙時空中，從(cong) 外部看粒子是從(cong) 黑洞裏出來，即黑洞蒸發了，這就是著名的霍金輻射。霍金輻射指出黑洞的溫度與(yu) 質量成反比，其質量越大，溫度越低，輻射也越弱，所以質量大的黑洞蒸發就慢；否則黑洞蒸發就快。巨型黑洞一般蒸發相當緩慢；而小黑洞蒸發就快了，如果一些小黑洞蒸發加劇，最終可能導致爆炸而滅亡。霍金指出，如果宇宙的生命足夠長，一些巨大黑洞也能蒸發完，即也能滅亡。

黑洞新探究。

(一)黑洞的顏色：

落入黑洞視界的物質都不能從(cong) 黑洞裏出來，就連光也無法逃脫此命運，黑洞是一個(ge) 隻吞不吐的貪得無厭的神秘天體(ti) ；除非在特殊情況下黑洞才能釋放物質粒子，比如前麵說的黑洞冕或霍金輻射。難道真的是這樣嗎？回答這個(ge) 問題之前，我們(men) 先做一個(ge) 規定，規定是這樣的：除了黑洞冕和霍金輻射兩(liang) 種情況外，黑洞裏再不可能出來任何物質的情況稱為(wei) 黑洞的“灰”色，簡稱“灰”；黑洞隻進不出的情況，稱為(wei) 黑洞的經典“黑”；而除了黑洞冕和霍金輻射，黑洞裏還會(hui) 出來其他物質的情況稱為(wei) 黑洞的“黑灰”。現在已經確定黑洞不是完全的黑，他具有灰色的性質，但是不是隻是灰色的呢？答案是否定的，即黑洞除了灰這種顏色外，還有一種介於(yu) 黑和灰之間的黑灰色，也就是說黑洞除了發生黑洞冕和霍金輻射外，還有別的物質出來。

黑洞的黑灰和引力子的關(guan) 係。量子力學認為(wei) 引力是兩(liang) 個(ge) 物體(ti) 交換引力子形成的，而愛因斯坦相對論則認為(wei) 引力是時空彎曲導致的。

第一，如果引力隻是由時空彎曲導致的，那麽(me) 黑洞就可以隻有灰色。愛因斯坦指出質量造成時空扭曲，質量越大，時空扭曲就越大，這樣引力也就越大。我們(men) 都知道，兩(liang) 點之間線段最短，這是平麵幾何的短程線；然而在被彎曲的四維時空裏，短程線也被彎曲了，所以物體(ti) 在彎曲的四維時空中走的短程線是曲線。黑洞這樣大質量的天體(ti) ，他周圍的時空是非常彎曲，物體(ti) 在這樣的時空裏運動自然就走時空曲線，而且是內(nei) 走向的時空曲線。依據這種理論，質量造成時空彎曲，時空彎曲導致引力形成，物質在彎曲的時空裏自然而然走的是四維短程時空線。這樣黑洞不用和外界交換引力子也可以實現引力作用，所以黑洞可以隻有灰色。

第二，如果引力是物質交換引力子形成的，那麽(me) 黑洞一定不隻有灰這一種顏色。因為(wei) 引力是引力子交換實現的，而黑洞又有極其強的吸引力，所以黑洞必然要和外界交換引力子，隻有這樣黑洞和周圍的物體(ti) 才能發生吸引關(guan) 係，也隻有這樣黑洞才可以把周圍的物體(ti) 不斷吞噬進去，從(cong) 而實現逐漸壯大自己的夢想。這樣黑洞除了灰，還有黑灰色。

第三，如果引力是時空彎曲和交換引力子二者共同形成的結果。那我們(men) 就要這樣定義(yi) 引力：物質的質量導致時空扭曲從(cong) 而產(chan) 生物質之間相互的吸引，相互吸引使物體(ti) 之間通過彼此交換引力子而迫使他們(men) 發生運動狀態的改變，這就是萬(wan) 有引力的本質。果真是這樣，那麽(me) 引力子必定存在，而黑洞除了灰色還有一種介於(yu) 黑色和灰色之間的“黑灰”的顏色。

總上三種情況，如果引力是時空扭曲形成的，那麽(me) 就沒有引力子，黑洞就可以隻有灰色；如果引力是物質交換引力子或是時空扭曲和引力子交換共同形成，那麽(me) 引力子就存在，黑洞就不能隻有灰色，也應該有一種介於(yu) 黑色與(yu) 灰色之間的黑灰色。

第二種情況是不可能，因為(wei) 現實證明質量能扭曲時空，而物體(ti) 在扭曲的時空中走的是彎曲的短程線。第一種和第三種是哪一種呢？我還沒有弄清楚，但我猜想第三種可能性比較大，因為(wei) 在力的作用下物體(ti) 運動狀態改變了，就有能量的轉化或轉移。這隻是一種猜想，所以在弄清楚之前想聽聽大家的一些想法，即使是蛛絲(si) 馬跡，我也如珍似寶。

(二)黑洞的結構：

黑洞無毛定理，即無論什麽(me) 樣的黑洞，其最終性質僅(jin) 由質量、角動量、電荷這三個(ge) 物理量唯一確定 。而實際上除了上麵這三點，黑洞還有其他結構秉性。黑洞有大有小，這個(ge) 大小不僅(jin) 僅(jin) 限於(yu) 質量的多少，也有體(ti) 積的大小。但實際觀測到黑洞體(ti) 積的大小是根據黑洞的史瓦西半徑算出來的，這是黑洞的虛半徑；而黑洞的實際半徑是黑洞吸積盤內(nei) 側(ce) 線到黑洞中心的距離。黑洞從(cong) 史瓦西半徑視界到黑洞中心一共分三層，他們(men) 從(cong) 外到裏依次是吸積盤、洞核、洞心。

吸積盤是一種由彌散物質組成的、圍繞黑洞中心體(ti) 轉動的結構，它是包圍黑洞的氣體(ti) 盤，是黑洞體(ti) 積的重要部分，但其質量所占黑洞比例非常小。盤內(nei) 的氣體(ti) 螺旋下落，逐漸被吸積到黑洞洞核。洞核是吸積盤與(yu) 洞心之間的質能粒子區域，他的體(ti) 積非常小但質量非常大。洞心是黑洞的中心區域，是黑洞體(ti) 積最小、密度最大、引力也最強的部分，那裏是黑洞所有物質的歸屬地。

前麵一篇文章《揭開宇宙外的神秘麵紗》中講到，時間和空間是物質存在和運動誕生的，並隨物質的運動而變化。黑洞裏有大量的物質，所以黑洞內(nei) 部也有時空，隻不過是扭曲非常厲害的時空。 黑洞裏的物質，總的方向是向洞心進軍(jun) ，但進軍(jun) 的過程不是一帆風順的，是非常曲折的艱辛曆程，其中有物質的碰撞、上下的反彈、彼此的相互作用等等，所以黑洞內(nei) 的空間至少三維甚至更多。黑洞裏的時間雖然扭曲了，但也是一維的，至少在洞心之外的吸積盤以及洞核區域是一維的，在這兩(liang) 個(ge) 區域時間箭頭由外指向內(nei) ，直至洞心。洞心之內(nei) 的時空就比較複雜難測了。

(三)黑洞的蒸發：

霍金輻射認為(wei) 黑洞可以蒸發，如果宇宙的年齡足夠長，所有黑洞都會(hui) 蒸發直至滅亡。我認為(wei) 不一定。前麵黑洞的結構中說黑洞分三層，其最裏層是洞心。洞心可能有兩(liang) 種模型，洞心存在奇點或洞心沒有奇點。

第一，如果洞心存在奇點，由於(yu) 奇點是一個(ge) 體(ti) 積無限小、密度能量無限大的具有極強引力的神秘幾何點，所以奇點內(nei) 的東(dong) 西無論如何也不可能通過霍金輻射蒸發出來，更不存在蒸發完結，所以有奇點的黑洞是不能通過霍金輻射蒸發至滅亡。奇點內(nei) 的東(dong) 西隻有通過白洞的方式才能釋放出來，這跟霍金輻射有本質的區別。

第二，如果洞心不存在奇點，理論上黑洞才可能通過霍金輻射蒸發直至滅亡。黑洞允許沒有奇點嗎？當然允許。我們(men) 知道奇點是一個(ge) 能量密度無限大的神秘幾何點，要形成這樣一個(ge) 奇點，那條件是極其苛刻的，所以黑洞的洞心有不存在奇點的可能性，至少幼年黑洞有不存在奇點的情況。如果黑洞洞心沒有奇點且其形成奇點的時間特別長，一些沒有奇點的黑洞就可以通過霍金輻射蒸發完，也就是說黑洞洞心還沒來得及形成奇點，黑洞就蒸發完了。

故黑洞中心有奇點或沒有奇點兩(liang) 種可能，有奇點的黑洞不可能通過霍金輻射蒸發完；沒奇點的黑洞在理論上才可以通過霍金輻射蒸發直至滅亡。

再次渴求有愛心的、愛思維的熱心人，對萬(wan) 有引力以上那三種情況的選擇，給予寶貴意見！

能子源版權！


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