黑洞


黑洞 （正體）

本文讲述的是一种天体。关于同名大陆电视剧，详见“黑洞 (电视剧)”。
广义相对论
G_{\mu \nu} + \Lambda g_{\mu \nu}= {8\pi G\over c^4} T_{\mu \nu}\,
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黑洞（Black hole）是根据现代的物理理论和天文学理论，所预言的在宇宙空间中存在的一种天体区域。

历史上，法国力学家拉普拉斯曾预言：“一个密度如 250 个太阳，而直径为地球的发光恒星，由于其引力的作用，将不允许任何光线离开它。由于这个原因，宇宙中最大的发光天体，却不会被我们看见”。

黑洞是由一个质量相当大的天体，在核能耗尽死亡后发生引力塌缩后形成。根据牛顿万有引力定理，由于黑洞的第一宇宙速度过大，连光也逃逸不出来，故名黑洞。

在此区域内的万有引力非常强大，任何物质都不可能从此区域内逃逸出去，甚至光线都被它强大的引力拉回，因此黑洞本身不会发光，天文学家可藉观察黑洞周围物质被吸引时的情况，找出黑洞位置。

黑洞可经由电子仪器观查到。

目录

尺寸和质量

質量達太陽10倍的黑洞之電腦模擬圖
质量达太阳10倍的黑洞之电脑模拟图

黑洞是由大于太阳质量的3.2倍的天体发生引力坍塌后形成的（小于1.4个太阳质量的恒星，会变成白矮星）。天文学的观测表明，在很多星系的中心，包括银河系，都存在超过太阳质量上亿倍的超大质量黑洞。

根据爱因斯坦的广义相对论，黑洞是可以预测的。他们发生于史瓦兹度量。这是由卡尔•史瓦兹乍得于1915年发现的爱因斯坦方程的最简单解。

根据史瓦兹解，如果一个重力天体的半径小于一个特定值，天体将会发生坍塌，这个半径就叫做史瓦兹乍得半径。在这个半径以下的天体，其中的时空严重弯曲，从而使其发射的所有射线，无论是来自什么方向的，都将被吸引入这个天体的中心。因为相对论指出任何物质都不可能超越光速，在史瓦兹半径以下的天体的任何物质，包括重力天体的组成物质——都将塌陷于中心部分。一个有理论上无限密度组成的点组成重力奇点（gravitational singularity）。由于在史瓦兹半径内连光线都不能逃出黑洞，所以一个典型的黑洞确实是“黑”的。

史瓦兹半径由下面式子给出：

R_s = \frac{2GM}{c^2}

G是万有引力常数，M是天体的质量，c是光速。对于一个与地球质量相等的天体，其史瓦兹半径仅有9毫米。

特性

目前公认的理论认为，黑洞只有三个物理量有意义：质量、电荷、角动量。也就是说：对于一个黑洞，一旦这三个物理量确定下来了，这个黑洞的特性也就唯一地确定了，这称为黑洞的无毛定理，或称作黑洞的唯一性定理。

黑洞的合并会以光束发射强大的引力波，新的黑洞会因后坐力脱离原本在星系核心的位置。如果速度足够大，它甚至有可能脱离星系母体[1]。

霍金辐射

在1974,天文物理理论学家史蒂芬霍金指出黑洞并非完全是"黑的"而是会辐散出微量的热辐射。他是将量子场论应用在一个静黑洞背景得到这个结论的。根据他的计算，黑洞会以粒子的形式辐散出符合黑体辐射的放射。这个效应被称为霍金辐射。 辐射的温度正比于黑洞之表面重力。对于一个史瓦兹乍得黑洞这是与其质量成反比的。因此，质量大的黑洞反而会产生极少的辐射。举例来说，一个具有10倍太阳质量之黑洞只会辐散几奈K的辐射，远低于宇宙背景辐射(2.7K)。另一方面为黑洞倒是可能产生高能伽玛射线。 因为宇宙中的黑洞所辐散出的霍金辐射皆具极低的温度，因此霍金辐射并未实际被观测到。

分类

黑洞分类：

  1. 超巨质量黑洞
    • 到目前为止可以在所有已知星系中心发现其踪迹。
    • 质量据说是太阳的数百万至十数亿倍。
  2. 小质量黑洞
    • 质量为太阳质量的10至20倍，即超新星爆炸以后所留下的核心质量是太阳的 3 ~ 15 倍就会形成黑洞。
    • 理论预测，当质量为太阳的 40 倍以上，可不经超新星爆炸过程而形成黑洞。
  3. 中型黑洞
    • 推论是由小质量黑洞合并形成，最后则变成超巨质量黑洞
    • 中型黑洞是否真实存在仍然必需存疑。

微黑洞

微黑洞是理论预言的一类黑洞，目前尚无证据支持微黑洞的存在。它们诞生于宇宙大爆炸初期，质量非常小，根据霍金的理论，黑洞质量越小，“蒸发”越快。因此如果存在微黑洞，那么它们现在一定已经蒸发殆尽了。

否认黑洞存在的一些观点

  1. 量子力学方面的反驳：黑洞中心的奇点具有量子不稳定性，所以整个黑洞不可能稳定存在。
  2. 目前发现的黑洞是一些暗能量星：美国加利福尼亚劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的天体物理学家乔治·钱普拉因等认为，目前发现的黑洞是一些暗能量星，真正意义上的黑洞是不存在的。

请参看

参考文献

  1. ^ S. Komossa，H. Zhou, and（2008 May 10）．“A Recoiling Supermassive Black Hole in the Quasar SDSS J092712.65+294344.0?”．The Astrophysical Journal（678）：L81–L84．DOI:10.1086/588656．于2008年5月4日访问．

外部链接

恒星生命期
分子云|原恒星|主序星|红巨星|行星状星云|白矮星|黑矮星|红超巨星|超新星|中子星|黑洞


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