黑洞：它的形成过程是怎样的？科学家是如何去发现并证实的？

華大夫

一名航行途中消磨时间的学生成为了第一个指出恒星死亡时的命运的人

1930年，一名名叫苏布拉马尼扬·钱德拉赛卡的20岁印度学生乘船从马德拉斯出发，前往英格兰攻读天体物理学。在航行途中，他摆弄表达恒星稳定性的公式来解闷，几行推导之后，他得出了一项重大的发现。

当时的天文学家对恒星的运行只有粗浅的了解。他们理解了恒星是在宇宙的平衡条件限制下燃烧的火球。恒星的气体想要散发到周边的真空空间中，但重力将它们吸引在一起。类似太阳的恒星中保持着这样的平衡，但这需要恒星气体的燃烧，即我们现在所讲的核聚变反应的持续进行。

然而，还未知的是当恒星的燃烧停止时会发生什么。根据上述的平衡条件，重力看起来会占上风，将恒星压缩；当恒星半径变小时，其表面的重力效应会变得更强。天文学家将一类小型恒星称为白矮星，这类恒星拥有很大的密度，即当它们重量和太阳相等时，它们的体积只和地球一样。这些燃烧殆尽的恒星的密度使得它们内部的原子被紧密地压缩在一起。再进一步的压缩将使原子结构被破坏，这最初在量子物理中被认为是不可能发生的。

在钱德拉赛卡的推算中，他发现当公式里恒星的质量足够大时，重力的压缩作用将使得原子中的电子加速到接近光速，使得恒星核心的硬度降低，变得更易被压缩，这预示着恒星的进一步坍缩。当不受外力影响时，这一星球将由于自身的重力完全坍缩，形成今日我们所称的黑洞。但在1930年时这一理论被认为过于另类而未被接受。

钱德拉赛卡计算出了重力坍缩的极限质量，这一质量后来被称为钱德拉赛卡极限，为1.44太阳质量。当他抵达英格兰时，他公开提出了他的计算结果，但被无视或被反驳为年轻无知的人的胡话。当时最权威的天文学家亚瑟·爱丁顿爵士甚至在1935年在皇家天文学会中公开嘲笑钱德拉赛卡，称自然界中应有定律‘阻止行星做出这样荒谬的演变！’

但历史证明爱丁顿错了。当一颗燃烧殆尽的恒星的质量超过钱德拉赛卡极限时，它确实会坍缩。一个可能的结果是所有的原子都被挤压成为中子并在坍缩成大约悉尼那么大时达到平衡并形成中子星。中子星在1960年代被发现，并在今天形成了天文学中一个重要的分支。多数中子星的质量在钱德拉赛卡极限附近。质量更大的行星的结局将是完全坍缩，收缩成几公里直径的大小。这一密度所形成的重力即使光也无法逃逸，这时一个黑洞形成了。

虽然黑洞的理论经过了几十年才被完善和接受，它的基本原理就隐藏在爱因斯坦1915年发布的广义相对论中。钱德拉赛卡在他1983年获得诺贝尔奖的致谢词中也写道：“这一重要发现是基于卡尔·施瓦西于1916年发表的文章中的理论的。”黑洞存在的可能性存在于爱因斯坦的理论中，但钱德拉赛卡基于这一理论证明了黑洞可能由死亡的恒星演变而来。

在钱德拉赛卡获得诺贝尔奖时，黑洞理论已经被完全建立和接受，他当年的计算也得到了证明。但他觉得爱丁顿的嘲笑太过分，于1937年决定离开英国并定居在美国，在那里他做出了杰出的学术贡献并在1995年去世。

钱德拉赛卡去世后留下了一个问题：会不会在中子星和黑洞之间还存在一个中间态？这样的星球将大于1.44倍太阳质量，大于形成中子星的质量，但却存在一些密度超大的粒子阻止了它的继续坍缩-比如夸克-构成质子和中子的粒子。至今，还没有夸克星被发现，但这一理论依然成立。也许还会有另一个天才学生发现这一理论的现实存在。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. PAUL DAVIES-然

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本文选自：今日头条