黑洞的形成与演化过程 黑洞真的存在吗？

伤我心太深

　　一、黑洞的形成与演化

　　1783年，英国科学家约翰·米歇尔提出，存在一种具有超大质量和超高密度的恒星，这种恒星的引力是如此之强，甚至连光线都无法从它内部逃脱。到了1795年，法国科学家皮埃尔·拉普拉斯将光速的有限性与经典力学中的最大逃逸速度相结合，第一次提出了黑洞的概念，这也是传统力学的引力所能带来的最富有创造力的结果，因此他也被称为黑洞之父。科学经过一个多世纪的发展，到了1916年，德国天文学家史瓦西求出了爱因斯坦的广义相对论方程的严格解。通过这个解我们可以推测出，宇宙中可能存在一种尚未被观测到的引力巨大的天体，也就是后来我们所说的黑洞。

　　黑洞被看做是恒星最终的宿命，像是恒星的坟墓，所以也被称为“坟星”。黑洞可以说是宇宙中最不为人知的天体，因为它无法发出任何可见光，对人的各种观测手段来说，它都是一片漆黑的，所以被叫做黑洞。但是在成为黑洞之前，它曾经是宇宙中最明亮的天体。在恒星的生命快要结束的时候，会发出最耀眼的光芒，之后只留下一个坍缩的核。这个很小的核却拥有超级强大的吸引力，连光都无法逃出它的范围，所以无法观测到它。它不但是不可见的，还会把所有靠近它的物质都吞噬掉。

　　可以这样简单地描述黑洞形成的过程。一般来说，恒星中只含有氢元素，这些氢原子每时每刻都在发生核聚变和核裂变。因为恒星自身具有很大的质量，所以内部的核反应产生的能量与引力达到一种平衡，这就让恒星能够保持稳定。因为核反应，氢原子的结构也会发生变化，并形成新的氦原子。氦原子继续参加核聚变和裂变，再次形成其他的新元素。在恒星的生命只剩下最后的十分之一的时候，温度就会变得越来越高，不断地释放出巨大的能量。因为恒星本身的质量十分巨大，所以有强大的引力，恒星自身释放出的能量与引力刚好达到平衡。但是当恒星的能量快要消耗完的时候，就无法与自身的引力抗衡了，在巨大的引力作用下，恒星开始崩溃，并向内部剧烈坍缩。





　　按照元素周期表中原子量的顺序，各种新的元素不断形成，直到铁元素出现为止。因为铁十分稳定，所以不会继续发生核反应，当恒星内部出现足够多的铁元素时，恒星就无法释放足够多的能量来与自身的引力达到平衡，这时它就开始坍缩。如果它的质量足够大，就会变成黑洞。黑洞本身的强大引力会将它周围的所有物质都吸进去，像一个无底洞一样疯狂地吞噬。宇宙中的尘埃和物质不断向黑洞周围聚集，形成一个旋涡状的物体，它被称为吸积盘。

　　黑洞产生的这个过程，与中子星的形成过程有些类似。它们都是大质量恒星在自身的引力作用下发生坍缩而形成的。只不过，中子星是在恒星坍缩到其中的所有物质都变为中子时，坍缩过程就停止了，变成了一个中子紧密结合成的质量超大的星球。但是黑洞坍缩的过程会不断持续，中子也会被巨大的引力撕碎，变成更为基本的粒子，最后成为一个密度极大的物体。因为它的引力太过巨大，表面的第二宇宙速度甚至超过了光速，所以连光都无法逃脱它的掌控。所有在它周围的物体都被它的引力吸过去，所以黑洞可以形象地被看成是宇宙中的吸尘器。


　　从某种意义上来说，恒星与黑洞是相似的。二者都有一个虽然体积很小，但是十分致密的核。但是它们还是存在区别的。恒星会释放出能量，这些能量会传递到它周围的宇宙物质和其他天体上，从而让我们能够得以感知它的存在和运动。这种影响的范围被认为是恒星的组成部分，也就形成它的体积。所以从我们观察的角度来说，恒星的体积就很大。但是黑洞则不同，除了一个很小的核之外，我们几乎觉察不到它周围的物质。对于它所释放出的能量，我们的认识还十分不足，所以在我们的感知范围内，黑洞很小。

　　这就像一个火柴头一样，当它点燃之前看起来很小，但是燃烧时看起来很大。从某种距离上看，我们会把发光的部分也看做是火柴头本身，所以它就显得更大了。而且一个物体越明亮，给我们的感觉就更大。比如照相机上的闪光灯，本来是一个很小的机构，但是当它发出闪光，我们在一定的距离上就能看到一个巨大的光团。如果我们并不知道闪光灯的本来面貌，仅仅看到这个光团，那么我们一定会认为它的体积很大。所以从这点上来看，我们可以知道，虽然恒星发出的光很明亮，并不能说明它真的很大。而黑洞尽管无法发光，也并不说明它就很小。因为它们所处的运动状态不同，所以会带来不一样的视觉效果。简而言之，恒星就是燃烧的黑洞，而黑洞就是熄灭的恒星。

　　一些质量较小的恒星，比如我们太阳系的太阳，当它内部的能量耗尽之后，质量如果小于1.44M，就会变成一个白矮星。这些恒星收缩到原来半径的十分之一到百分之一时，中心的密度已经十分大，足以抵消自身的引力，这时将不再收缩。恒星剩余的热量会使它发光，随着热量的不断消耗，表面的温度也越来越低，直到熄灭，再也无法被我们观测到。

　　恒星的能量耗尽之后，如果它的质量高于1.44M但是低于2M，那么就会演变为中子星。质量更大的红巨星在收缩到一定程度时会发生爆炸，这就是超新星爆发。超新星会将外层的物质向外释放，形成一片星云。它的内核则会继续收缩，最后成为中子星。

　　当恒星内部的能量消耗完后，它的质量超过了2M，那么就无法达到最终的平衡状态，只会不断地向内坍缩。根据现有的知识我们无法确定它的密度，但是理论上它会越来越致密，最后密度到达临界点。这时，它的质量和密度是如此之大，产生的引力能够抓住一切粒子，包括光都无法逃出它的引力范围。这时，它就成了一个黑洞。

　　从20世纪60年代开始，科学家们陆续在宇宙中发现了一系列特殊的天体。这些天体从太空望远镜拍摄的照片中看起来与恒星有些类似，但又绝对不是恒星。它们的光谱和星云相似，但和星云又有区别。无线电辐射像是星系，但实际并不是星系。对这些“四不像”，科学家称它们为类星体。这个发现与宇宙的微波背景、脉冲星和星际分子一起成了当时天文学界的四大发现成果。

　　类星体离我们都非常遥远，而且具有很高的亮度。它们的亮度能够达到普通星系的1000倍，所以是宇宙中最明亮的天体。这些类星体发出的光即便远离我们100亿光年之外，也足以让我们看到。而且它的奇特之处在于，尽管它的亮度超过了普通星系，但是普通星系的直径普遍超过了10万光年，而类星体的直径只有1光天。与它具有的能量相比，它的体积实在是太小了。

　　类星体的组成部分包括一个致密的核和外部的气晕。它的核体积很小，但是有巨大的质量，能够不断向外释放能量，激发外层气晕发光，产生叠加强度很大的辐射。很多科学家认为，类星体中的能量，是由位于它中心的黑洞吸收外部物质时产生的引力能提供的。黑洞凭借超高的引力，将它附近所有的物质都吸到自己周围，形成旋涡状的吸积盘。吸积盘靠近黑洞一侧的物质不断落入黑洞范围内，产生强大的能量辐射。这些辐射会造成物质的喷流，而且因为磁场的作用，只能沿着与吸积盘平面垂直的方向射出。这些能量通常是从星系的两端向外发射的，可能是从黑洞的两极逃逸出来的。因为黑洞周围的吸积盘的阻挡，所以能量不可能从别的方向向外逃逸。核心发出的辐射和星系中的物质发生相互作用，能够造成很细的能量喷流，并且能够向外发出无线电波。当我们正好对着这个物质喷流的方向，观察到的现象就是类星体。





　　类星体的中心有一个大质量的黑洞，在黑洞的吸积作用下，物质旋转着被吸入黑洞中，这些旋转中的物质形成了一个吸积盘。吸积盘中的物质本身就是带电粒子，因此吸积盘能够产生磁场，磁场方冲射到更远的地方，同时也把磁场带到更远的地方，这样一来，磁场的作用就会继续加速带电粒子的运动，产生强烈的辐射，形成巨大的射电瓣。

　　当类星体中的物质向位于中央的黑洞坠落时，和物质的质量对应的引力能转化为电磁辐射，其中包括可见光和X射线。这个能量转化过程的效率很高，落入黑洞的物质的十分之一都转变为了能量。这个星系中央的巨大黑洞具有相当于1亿个太阳的庞大质量，是在周围的星系中具有的恒星总质量的千分之一。

　　一般来说，一个类星体每年要吞掉相当于1000个中等大小的恒星质量的物质。通常类星体与太阳系之间的距离都十分遥远，所以我们现在观测到的现象，其实是发生在数亿年前的了。也就是说，这些与黑洞有关的现象发生在宇宙刚诞生不久的时候。所以科学家们判断，这些类星体就是现在我们能看到的宇宙的早期模样。


　　二、发现过程


　　黑洞在宇宙中扮演了什么样的角色呢?就像我们地球的自然界中存在微生物，能够分解物体一样，黑洞把它在宇宙中遇到的所有物质都吸入体内，然后分解为基本粒子。这些基本粒子就成了宇宙循环的基础。黑洞可以被看做一个巨型的搅拌机，其中的物质都被磨碎了，它中心那个磨碎一切的点就被称为奇点。在这个奇点上，我们已知的所有定律都不再发挥作用。


　　在大约137亿年前，也就是宇宙诞生时，所有的物质都在一个极其致密的点上，这里不存在时间和空间的概念。之后，这个点向外膨胀并释放物质，这就是宇宙大爆炸。在这一瞬间，宇宙的时间曲率和密度都是无穷大的。在这个点上，所有的定律都是无效的。从数学意义上讲，一个无穷大的数是无法处理的。在奇点之前即使存在事件，也无法对奇点爆炸后发生的事件产生影响。所以在这之前发生的任何事都无法作为爆炸后的依据。也就是说，在宇宙大爆炸之前，时间没有意义。奇点是宇宙大爆炸的原初起点，宇宙中的一切物质都是爆炸产生的，时间也是从这一刻开始的。

　　黑洞具有一个边界，叫做视界。这是黑洞与外部的分界线，越过这个边界，就进入了黑洞内部，并无法逃离黑洞的引力范围。如果有人不幸落入了黑洞，他将能够看到光也被吸入了黑洞的旋涡。按照广义相对论中的理论，黑洞视界内部的物质，会在黑洞本身的巨大引力下不断坍缩，最后形成一个奇点。宇宙的膨胀过程，可以看做是黑洞坍缩过程的镜像。

　　1916年，德国科学家史瓦西求出了爱因斯坦的广义相对论方程的严格解。这个解能够解释星球天体的物质分布，并提出了史瓦西半径的概念。这个半径是球状对称且无法自转的物体的重力场的严格解。史瓦西半径在物理学中起到了十分重要的作用，尤其对广义相对论和黑洞领域的研究有巨大的影响。





　　一个球体的史瓦西半径，是与它本身的质量成正比的。我们所处的太阳系的恒星——太阳的史瓦西半径，大约是3000米。而我们居住的地球，史瓦西半径仅仅有9毫米。如果一个物体的半径小于史瓦西半径，就成了一个黑洞。那些无法自转的黑洞，在史瓦西半径上会形成一个视界。在能够自转的黑洞上，情况就有些不同了。我们的银河系中心存在一个超大黑洞，这个黑洞的史瓦西半径达到了780万千米。

　　通过史瓦西解我们能够知道，如果一个天体的半径小于史瓦西半径，那么它就会在自身重力作用下开始向内坍缩。这个天体的时空弯曲十分严重，以至于连光线都无法逃出。所以，小于史瓦西半径的任何天体，都会最终坍缩到它中心的奇点上。

　　因为黑洞的引力如此巨大，所以连光线都无法逃出它的引力范围，那么我们要如何才能发现黑洞呢?科学家们想出了很多办法，其中一个很重要的方法是X射线源辨认法。X射线是宇宙中普遍存在的一种射线，肉眼虽然无法直接观测到，但是可以通过仪器探测到。一些人造卫星上携带了能够探测到X射线的仪器，这些仪器的一种重要作用就是寻找黑洞发出的X射线。到目前为止，我们已经通过这种方式发现了很多X射线源，其中一个位于牛郎星和织女星之间的天鹅座射线源有很大的概率是黑洞。

　　黑洞为什么会发出X射线呢?当物质被吸入黑洞时，会首先到达黑洞的边缘。大量物质在黑洞边缘形成一个旋涡状的吸积盘，其中的物质因为剧烈摩擦而释放出热量，并发出X射线。这些X射线是物质进入黑洞之前留下的最后的痕迹。但是，在中子星和白矮星周围同样也会发生这样的现象，所以我们要做的就是区分两者之间的差别，这就需要进一步分析X射线源的质量。如果它的质量能够达到或者超过太阳质量的3倍，那么就极有可能是一个黑洞。我们之前提到的天鹅座射线源就符合这个标准，它的质量约为太阳的8～10倍。


　　还有一种方法是通过引力透镜现象来发现黑洞。黑洞因为具有强大的引力，来自它附近的天体发出的光会产生一定的偏折，这种情况会让天体被放大或者变形，所以被称为引力透镜。通过这一现象，我们也能够发现一些隐藏在宇宙中的黑洞。

　　三、黑洞的种类和特征

　　在质量超大的黑洞中，从组成物质来划分，黑洞可以被分为暗能量黑洞和物理黑洞。暗能量黑洞，顾名思义，就是由暗能量组成的。这些暗能量高速旋转，速度几乎达到光速。这就使它的内部产生极高的负压，能够将周围的物体吸进内部，形成黑洞。这样的暗能量黑洞是星系、星团乃至星系团形成的基础。

　　物理黑洞，是因为恒星的死亡而形成的。大质量的恒星在生命的最后阶段发生剧烈的坍缩，最后所有物质都坍缩成一个致密的点，产生巨大的引力。如果一个黑洞的质量能够达到或超过一个星系具有的质量时，就被称为奇点黑洞，这就是物理黑洞。暗能量黑洞的规模往往很大，但是与之不同的是，物理黑洞的体积通常很小。

　　还有一些质量比较小的黑洞，它们的质量通常为太阳的10～20倍。通常在超新星爆发后留下的星核如果能够达到太阳质量的3～15倍，就能成为黑洞。科学家们还推测，如果一个恒星的质量能够达到太阳的40倍以上，那么就无须经过超新星爆发，就能在生命晚期直接形成黑洞。还有一些中型大小的黑洞。这些黑洞是由小型黑洞合并在一起形成的新黑洞，随着合并的继续，它们最终会演变为巨型黑洞。我们现在还无法知道是否真正存在中型黑洞。巨型黑洞与其他黑洞存在着区别，其中有趣的一点是，它的密度甚至会比空气还要低。因为史瓦西半径是与质量成正比的，但是密度是与体积成反比的，所以这些质量巨大的黑洞同时也具有很大“体型”。

　　有几种情况能够产生超大质量黑洞。其中一种最普遍的情况是，一个黑洞通过长期而缓慢地吸引物质，最终形成超大黑洞。还有一种情况，是星云的萎缩。这种根据相对论理论提出的星体将达到太阳质量的10万倍以上。这种星体因为内部的正负电子产生的扰动而变得不稳定，进而跳过超新星爆发这一阶段，直接坍缩成黑洞。还有一种情况是，在宇宙大爆炸的瞬间，由于巨大的压力形成的原初黑洞。

　　那些由普通的恒星坍缩而成的黑洞，往往质量较小，至多不过是太阳质量的10倍。但是即便是最小的超巨型黑洞，它的质量也有几十万个太阳那么大。但是处于这两种黑洞中间规模的黑洞却很少见。由科学模型我们能够知道，一些巨大的X射线源，极可能就是这些遗失的黑洞。

　　如果一个天体具有像中子星一样的密度，而且质量能够达到太阳的3倍，那么它的半径就很可能小于史瓦西半径，最后坍缩为一个黑洞。这些小质量黑洞的史瓦西半径也十分小。如果一个天体的质量与喜马拉雅山的质量一样大，那么它的史瓦西半径将只有1纳米。我们通过现在掌握的科学原理，是无法想象这样的超高密度是怎么形成的。物理学家们认为，当宇宙的高能射线撞向地球的大气分子时，也可能产生质量极其微小的黑洞。这些黑洞的质量只有10微克，并且极度不稳定。它们可能只停留很短的时间就发生爆炸，产生的粒子落向地球，就像下雨一样。

　　这种微型黑洞如果是真实存在的，那么就或许能够解释近年来一些设置在山顶的射线探测器探测到的一种神秘现象，这种现象被称为半人马现象。在最近的30年间，这些探测器多次捕捉到了大量的高能粒子，而在探测器底部探测到的粒子数要比顶部多，于是科学家们用头小身大的传说中的半人马来形容这种现象。对这种现象，科学家们提出了很多假说，其中微型黑洞的假说是比较合理的。科学家建立了数学模型，推演高能粒子造成的微型黑洞在探测器附近爆炸的结果，这些结果与探测器实际观察到的结果是吻合的。如果能够证实这一理论，就能够证明确实存在微型黑洞，也可以为高维宇宙的存在提供事实依据。

　　尽管对很多人来说，黑洞存在于未知的宇宙空间中，距离我们是十分遥远的事，但是实际上，黑洞的近亲微型黑洞可能就在地球上，而且无处不在。这些微型黑洞可能给人类带来了很多意想不到的灾难。一些无法解释的神秘现象，可能都与这些微型黑洞有关。比如，火山爆发时，它们发出的能量总是集中在一些固定的地点。一些科学家推测，太阳传递到地球的能量，通过这些微型黑洞进入了地球内部。一些物理学家在很久之前就意识到，太阳中并不只有核反应，还有一些微型的黑洞，并且推论说，行星的内部也可能存在微型黑洞。欧洲粒子物理实验室于2007年开始运行大型强子对撞机，这台对撞机是目前最大的高能粒子加速器。它通过隧道使粒子加速，并相互碰撞，能够人为地制造出大量微型黑洞。

　　黑洞的主要特征是，拥有强大的引力，不断向内吞噬它周围的物质。在黑洞内部，哪怕连光线都无法逃脱。黑洞周围的吸积盘会产生巨大的能量辐射，并因此释放出大量X射线。一些物质在黑洞周围高速旋转，并形成一个环。黑洞产生的巨大引力，会使从遥远地方经过它的光线也产生强烈的扭曲，造成引力透镜。在黑洞的视界之外，众多被吸引过来的气体和物质碎片形成了巨大的旋涡。这些旋涡就像地球上经常产生的台风一样。旋涡有巨大的能量，它的中心有很强的吸引力。任何物体如果接近它，都会被吸引过去。

　　当恒星开始坍缩的时候，它的核心部位是坍缩程度最厉害的，并承受了最大的质量。因为从中心到外延承受的引力依次减弱，所以黑洞很可能是一个漏斗的形状。从另一个角度来说，因为黑洞的质量巨大，但是体积相对较小，它自身的引力造成了黑洞范围内的时空扭曲，所以从外部看来就是一个漏斗的形状。

　　现在，因为对黑洞的研究已经诞生了一门新的学科，这就是黑洞物理学。这门学科是天体物理学中的一个分支，旨在使用物理知识来研究黑洞的成因和发展规律。对黑洞的研究和深入探讨，不但对天文学有着重要的意义，对物理学也意义非凡。黑洞这种奇妙的天体让人类得以重新认识时间和空间，并对人类自身做出更明确的认识。

　　在每个星系的中心，都有一个旋涡状的引力场，这个旋涡被称为星系旋涡中心。这个星系旋涡中心为整个星系旋涡提供动力，所以它拥有极强的动力储备，其中蕴藏的能量和引力都是整个星系中最为强大的。这股强大的力量推动星系的旋涡中心以极快的速度转动，产生极大的离心力。中心里的暗能量不断涌向旋涡边缘，导致中心部位的能量越来越少，最后形成接近真空的状态。直到这时，这个旋涡的旋转速度才会逐渐慢下来。在旋涡中心边缘会出现一个由暗能量形成的盘，这个盘包裹着星系旋涡中心高速旋转，与周围的物质摩擦产生热量。而在星系旋涡中心内部的真空部分，就成了一个暗能量的黑洞。这就是我们所说的星系黑洞。

　　过去，科学家们认为，只有特定的星系才会演化出星系黑洞。因为这些黑洞无比巨大，所以引发了巨大黑洞只存在于特定星系中的假设。但是根据最新的科研成果，大多数星系中心都有一个巨大的黑洞。还有一些星系黑洞被归为类星体的范畴，这些类星体只有一个星系的万分之一大小，释放出的能量却相当于100个星系。室女座中的NGC4261星系，离我们有4500光年的距离。这个星系包含数千亿颗恒星，它不断向外喷射粒子气流，就像我们说的星系中心的旋涡边缘发生的事情一样。所以我们可以认为，这个星系中间存在巨大黑洞。

　　黑洞会把它周围的所有物质都拼命拉向自己，这些物质会在黑洞周围形成一个圆盘，这就是吸积盘。黑洞在吸收物质时，周围的气体因为高速摩擦而产生热辐射，这种辐射能够被我们观测到。而且这些吸积盘的热辐射会影响自身的几何特性，所以我们既可以看到薄的吸积盘发出高热，也可以看到较厚的吸积盘发出的热辐射反而较小。这些吸积盘中的气体越来越接近黑洞时，对黑洞的自转和视界就越加敏感。通过对吸积盘的辐射强度和光谱进行分析，我们就能找到可以自转的黑洞以及它的视界。





　　吸积过程，是天体物理中最常见的一种过程。我们见到的很多星系结构都是吸积过程的结果。那么什么是吸积呢?简单来说，物质从边缘向中心流动的过程就是吸积。在天体物理中，星际物质在引力的作用下，向位于中心的引力体或者物质系统流动的过程，是用吸积来描述的。在宇宙刚刚诞生的时候，吸积随处可见，气体因为暗物质的吸引朝引力中心流动，并形成了星系。在今天，这个过程依然如此。恒星正是由于气体在自身重力吸引下发生坍缩，并对周围的气体发生了吸积作用而产生的。我们地球的形成过程也大致如此。在太阳刚形成时，地球就通过对岩石和气体的吸积而诞生了。因为这里的吸积主体是太阳和地球，所以看起来很平常。但是如果吸积的中央天体是一个黑洞，这时展现出的景象就蔚为壮观。

　　黑洞除了吸积周围的星际物质和气体，还能吞噬恒星。一般来说，黑洞会通过两种方式进行这种吞噬。一种方式是，如果一颗恒星的运动方向是朝向黑洞的，那么它就会在黑洞的引力作用下变得越来越长，最后成为一股物质流，被黑洞吸收。这个过程伴随着巨大的能量辐射，也会产生大量的X射线。


　　还有一种方式是，如果一颗恒星进入了黑洞的引力范围，在接近黑洞的时候会受到潮汐力。恒星上的物质在这种作用下变成盘状，并绕着黑洞旋转，直至被黑洞彻底吸收。这个盘会慢慢消失，同时稳定地向外辐射X射线。

　　科学家们推测，当一个物体将要被黑洞吞噬时，当它到达了黑洞的视界附近，将会受到引力带来的巨大挤压。这里可以产生高达1亿摄氏度的高温，使物质发生电离作用，并释放辐射。最近出现的一些新理论认为，在黑洞视界附近发生的量子现象，能够使黑洞发射能量，甚至发生爆炸。我们虽然无法直接观测到黑洞，但是在黑洞表面的视界上，却能够发出各种形式的能量辐射。也就是说，视界可以被看做一个多重的辐射源。我们在观察这些辐射源的时候，能够对黑洞的大体位置和情况进行估算。

　　在黑洞形成的过程中，不但会吞噬大量物质，同时也会有物质喷射出来，这是什么原因造成的呢?我们可以从哲学和科学的角度进行分析。

　　首先，在事物的发展过程中，每个阶段都不是绝对的。每一个阶段都包含上一阶段的残留和下一阶段的开始。在黑洞形成的初期，已经开始喷射出星际物质。只有通过不断喷射出星际物质，才能继续撕裂周围的恒星，以满足自己的吸收。也就是说，黑洞在吞噬恒星时，同时向外发射一些物质。这些物质能够在未来黑洞爆炸时，组成星系的星球和星云。而且，恒星在被黑洞吸收的过程中，也会向宇宙中释放物质。

　　其次，正是因为黑洞向外释放物质和能量，才能被人类发现。虽然黑洞无法发光，但是造成它无法发光的巨大吸引力，正是使人类发现它的原因。引力指的是一个物体对其他物体的作用力，这也是一种能量的体现。如果黑洞不向外释放它的引力，人类就不会对它产生这样多的认识。

　　第三，从哲学意义上来说，事物的封闭发展是相对的，但是事物的开放发展是绝对的。每一个事物在某种意义上都是封闭的，由此它才能成为一个独立的个体。但是从更大的范围来看，该事物会成为一个整体不可分割的一部分。所有事物都和它周围的事物通过某种方式紧密地联系在一起，绝对独立和封闭的、与周围毫无关联的事物是不存在的。所以从这个意义上来说，一个星球和更大的星系也将满足这个规律。它们共同组成了宇宙，成为宇宙不可分割的部分。黑洞作为宇宙中的一分子，也不例外。它不但通过引力在宇宙中吸收物质，也将和宇宙发生物质交换，所以必定会向外释放物质和能量。

　　最后，因为宇宙是无限大的，所以在宇宙中不存在最大的东西。黑洞本身也不是最大的，也是分级别的。一个黑洞会被更大的黑洞吸引，从而向外释放物质。从本质上来说，这与地球在从太阳吸收能量的同时也向外释放能量是一致的。

　　通过以上几点我们可以知道，黑洞在形成过程中必定会释放物质。所有事物都会在当下的阶段为下一个阶段的发展提供基础，这是事物不断向前发展的根本原因。

　　美国密歇根大学通过天文观测，以及对黑洞发出的X射线进行分析，在科学上确定了黑洞是如何吸收物质又如何释放的，也就是黑洞的吞与吐。在过去，黑洞是如何消化它吞噬的物质的，一直都是一个未解之谜。这个发现让我们明确了黑洞的吞吐过程，也印证了宇宙是守恒的，其中的物质与能量一定会保持平衡。

　　科学家们通过对一个黑洞的观测，发现它不断地将周围的星际物质吸入自己的引力范围。在物质被吸引的过程中，会脱离本来的运转轨道和方向，向黑洞的方向偏离。这种运动会带来一个角动量。这就说明，黑洞能够通过这种方式不断地从周围吸收物质和能量。这些被迫改变运行方向的物质在黑洞周围形成一个个圆环。这些圆环就像土星和木星周围的光环，也被称为加速区。这些加速区里的气体和物质围绕着黑洞高速旋转，发生剧烈摩擦并释放出热量。黑洞吞的过程是，这些气体在旋转中呈螺旋状进入黑洞内部。吐的过程是，因为磁场的作用，一些气体会向外扩张，从而带走能量。而且，随着黑洞吸引过来的物质越来越多，它就需要移走一部分物质，给新来的物质提供空间。这就像一个大池塘一样，要想不断地蓄水，就要不断地向外放水，否则就会满溢。

　　过去，科学家们普遍认为，是因为吸积盘上的物质发生摩擦并产生风流，带动外部气体和物质向内部运动，并被吸入黑洞。当这些物质发生摩擦时，会释放热量，并产生X射线。但是事实上，不但摩擦会释放能量，磁场作用也能使黑洞向外释放物质。在加速区中，磁场作用带来的磁场风能够达到极高的速度。一些物质被这些磁场风从加速区赶走，再次回到宇宙空间。在摩擦和磁场的共同作用下，黑洞的吸收与释放达到了平衡。

　　当黑洞进行“吞吐”时，利用能量的效率很高。科学家们形象地把黑洞比喻成一个发动机，能够给自己吸收来的物质加速。通过对几个有很长寿命的黑洞的观测，科学测量出了它们吸入的物质和释放的物质，并计算出了做功的效率。计算的结果表明，黑洞的效率高得惊人。它们释放的能量，几乎与它们吸收的能量相等。也就是说，如果黑洞是一辆汽车，那么它每加一升汽油，就能够行驶4亿多千米。科学家表示，黑洞的效率是如此之高，人类目前制造出的效率最高的核能发动机也无法与之相比。黑洞比核能发动机的效率足足高出了25倍。

　　从理论上来说，因为黑洞具有能量辐射，而所有具有辐射的物质都是有寿命的，在寿命结束时就会消失。这样看来，黑洞也是有寿命的。能量减弱的程度和质量是成反比的，所以黑洞的质量越大，辐射就越小。那些质量更大的黑洞，它们可以存活的寿命甚至比宇宙的年龄还要长。黑洞虽然能够不断地吞噬物质，但是它的生命并不是永恒的。它会因为某些原因从宇宙中蒸发，最后完全消失。我们无法准确地估计一个普通黑洞被完全蒸发的时间，但是一些微型的黑洞几乎瞬间就会消失掉。

　　因为黑洞蒸发的尺度是基本粒子上的，所以对质量巨大的黑洞来说，蒸发是微不足道的。对于这些黑洞来说，它们吸收物质导致的质量增加的速度，远远超过因为蒸发带来的质量损耗。但是实际上，黑洞的寿命也是有限的，只是我们还无法计算得知。

　　根据密度的涨落理论，我们可以推测出，质量小的黑洞都形成于宇宙诞生的初期。黑洞的蒸发速度与质量密切相关，小质量的黑洞，蒸发的速度很快。如果一个黑洞的质量为100万吨，那么只需要10年时间就会被蒸发掉。那些和宇宙的年龄相近并且维持到今天的微型黑洞，它的半径只有质子大小，一开始具有的质量却可以达到10亿吨。

　　宇宙中最大的黑洞是芬兰的图尔拉天文台发现的。这个黑洞的质量十分惊人，达到了太阳质量的180亿倍。在这一发现之前，人们发现的最大黑洞质量为太阳的30亿倍。也就是说，这个新发现的黑洞是它的6倍，相当于一个小型的星系。这个黑洞离地球有35亿光年，位于QJ287类星体的中心。而且最为神奇的是，这个类星体中有两个黑洞。除了这个史上最大黑洞之外，还有一个稍小的黑洞和它一同存在。这样的组合形式方便科学家更准确地估算它的重量。

　　美国宇航局发现的黑洞是有记录以来最小的，这个黑洞的质量仅仅相当于太阳质量的3.8倍。也就是说，它刚刚有资格成为一个黑洞。这个黑洞的直径只有24千米，位于银河系中。它也是一个双星系统。这个双星系统在天坛座，是2001年被发现的。

　　黑洞不但引发了科学家的关注和深入研究，还有科学家想要对黑洞加以利用。在科学家的设想中，黑洞将作为一个重力井，落入黑洞的物质通过巨大质能转换成动能，之后再变为电力。这个原理和水力发电的原理是相似的。具体来说，就是在物质落入黑洞时形成巨大的吸积盘，吸积盘中的气体剧烈摩擦，放出强光。这些热辐射能够在黑洞周围产生电力，就像太阳能电池组一样。把发电站建设在黑洞中，就好比把水电站建立在大河上一样。如果有朝一日真的建起了黑洞发电站，它产生的电力能够让人类使用数百万年。

　　科学家们通过研究发现，在那些具有超大黑洞的星系中，都不会形成新的恒星。新星的诞生被黑洞阻止了。科学家们观测了800多个星系，最后得出了这个结论，那就是如果一个星系中拥有超级黑洞，那么新星就难以形成。科学研究证明，大型的黑洞通常处于一个星系的核心位置，这里还有很多高密度的物质聚集在周围。随着时间的推移，星系会向前不断发展，黑洞也会随之扩张，但是它们的演化速度却不尽相同。在椭圆星系中，它中心的超级黑洞能够释放出临界物质，这样一来新恒星就很难出现。从另一个角度说，如果一个星系核心的黑洞足够大，那么这个星系就不会再产生新星了。按照这一理论，黑洞不但影响了新恒星的诞生，同时也使星系的成长速度放缓了。在此之前，科学家们曾经认为，在恒星诞生的过程中，黑洞起到的作用是十分重要的，但是没有足够的事实来证明这个猜想。

　　那么，黑洞是如何起到这样的作用的呢?科学家们通过分析得出了两种可能性。一个可能性在于，黑洞会向外喷发强烈的气体风暴，这些风暴将使组成恒星的物质很难凝聚在一起，从而让新恒星难以诞生。另一个可能的原因是，因为黑洞周围有很多气体，这些气体相互摩擦产生高温。如果这些气体的温度足够高，那么将可以影响整个星系，同样能够使组成新星的物质难以聚合，并无法最终形成恒星。

　　科学家对黑洞的研究，在很大程度上能够影响我们，所以对于人类具有重要的意义。它的影响不仅在科学研究上，更实实在在地影响了我们的生活。因为黑洞周围的吸积盘中包含很多带电粒子，这些粒子的高速运动会产生强大的磁场。我们已经知道，磁场通过导体时能够产生电动势。如果一个黑洞可以转动，那么加之它周围的强大磁场，能够形成的电动势高达10亿亿伏。这个能量是如此惊人的，如果我们能够加以利用，真可以说是取之不尽，用之不竭。

　　四、黑洞真的存在吗?

　　我们之前已经提到过，从史瓦西解诞生以来，科学家们通过对爱因斯坦广义相对论的研究，认为宇宙中存在一种被称为黑洞的特殊天体。当一个质量比太阳大很多倍的大型恒星濒临死亡的时候，就会在自身的引力作用下开始坍缩，并最终形成一个奇点，这个奇点就是我们常说的黑洞。黑洞的引力是如此之大，以至于光都无法逃脱。但是有科研成果表明，这可能只是我们的猜想，而黑洞在事实上或许是不存在的。一位来自美国北卡罗来纳大学的教授通过数学计算证明了这一点。她说，根据她的计算结果，恒星不可能坍缩为一个奇点。如果她的说法是正确的，那么我们可能就要推翻之前的一切理论，而重新思考宇宙到底是怎样诞生的了。

　　这项研究是由一个以美国科学家领衔的团队完成的，理论物理学家梅尔西尼-霍顿教授主持了这项研究。梅尔西尼-霍顿说，当恒星到达它生命的最后阶段时，会释放出霍金辐射。这个辐射是史蒂芬·霍金教授在1973年提出的假设，并最终在2010年得到了证实。在整个霍金辐射的过程中，恒星将会失去很多的质量，导致无法具有足够的密度，也就不能达到形成黑洞的条件。她认为，恒星在变成一个真正的黑洞之前，就会发生膨胀，并最终爆炸。恒星不会像想象中那样坍缩成一个奇点，也不会形成黑洞的视界。

　　梅尔西尼-霍顿教授说，她对这一计算结果感到十分震惊。因为科学家们对黑洞问题进行的研究已经超过了50年，最终出现的这个结果能够引发很多思考。科学家们可能在未来的某一天通过实验来证明黑洞究竟是否存在，但是从目前来看，梅尔西尼-霍顿认为她带领的团队通过计算得出的结论无疑是正确的。

　　这个结果不但使黑洞理论受到了质疑，甚至也让人们开始怀疑宇宙大爆炸理论是否成立。很多科学家都认为，宇宙是在137亿年前的一次大爆炸中诞生的，爆炸发生于一个奇点上。根据梅尔西尼-霍顿的计算，奇点可能并不存在，那么如此一来，宇宙大爆炸理论也随之产生了动摇。

　　其实，很长时间以来，在黑洞理论上都存在一个奇妙的地方，那就是需要将两个相悖的理论融合在一起才能解释它的存在。在爱因斯坦提出的相对论中，预测了黑洞的存在，一切物质和信息进入黑洞就无法逃出，也就是说信息消失在黑洞中。但是根据量子力学理论，宇宙中的一切信息都不会消失。于是将这两种理论结合在一起，就形成了所谓的黑洞悖论，那就是：质量是如何在预测中永远消失在黑洞里的?

　　梅尔西尼-霍顿进行的研究能够使这两个理论在数学上达到平衡，但是却意外地对黑洞理论造成了严重影响。在最近的几十年里，科学家们一直在尝试把广义相对论和量子力学这两种基本的物理理论结合在一起，梅尔西尼-霍顿认为，这一事件非同小可。

　　无独有偶，最近，黑洞理论的权威学者史蒂芬·霍金教授在网上发表的一篇文章中，推翻了自己之前秉持的黑洞理论。他认为，黑洞可能并不存在，而是存在一种“灰洞”，它可以解释之前黑洞理论中的悖论。

　　在文章中，霍金表示，我们无法发现黑洞的事件视界，这也就意味着我们无法发现黑洞，黑洞因此可能是不存在的。事实上，在物理学的角度看来，光也是无法无限传播的。因此他认为，他之前认为的存在一个光线无法逃逸的视界的理论有缺陷。霍金表示，如果想要想象光从黑洞中逃离的景象，与其认为光是匆忙逃逸的，不如认为光是因为不断释放辐射而逐渐减少的。

　　如果他的这个理论正确的话，那么黑洞就根本不存在奇点，甚至存在一种可能，那就是原则上所有物质都可以逃离黑洞的控制范围。霍金表示，在传统的理论中我们认为，一切进入黑洞的东西都无法逃离，但是在量子力学的理论中，能量和信息是可以逃离黑洞的。他认为，这个过程需要靠科学家们把重力和其他自然界中存在的力都加以考量并创造一种新的理论，这样才能够对黑洞中物质的逃离过程合理地做出解释。但这个问题至少已经困扰了物理学家们长达一个世纪。霍金表示，到目前为止这个问题仍然没有解决。

　　霍金认为，在黑洞的强大引力作用下，能量和物质会接近黑洞中心，但不会最终到达那里，它们会最终逃离黑洞的范围。但是，尽管它们中包含的信息在黑洞中不会被彻底摧毁，但是将被完全打乱，以至于从黑洞中逃离出来后完全变成了另一种模样，而且无法复原。

　　霍金在这篇名为《黑洞的信息保存与气象预报》的文章中说，因为连光都无法从黑洞中逃脱，所以不存在事件视界就意味着黑洞不存在。霍金早在2013年就在一个学术会议上提到了这种想法，还以此为题写过论文。霍金进行这项新的研究的目的是想要解决所谓的火墙悖论。这个悖论在过去的两年多里一直对物理学家的研究造成困扰。火墙理论最开始是卡维利研究所的理论物理学家约瑟夫·波钦斯基和他的同事提出的。在一次思想实验中，波钦斯基提出了一种假设，那就是，如果有一个宇航员不幸落入了黑洞，他将会发生什么事。

　　事件视界的概念可以由爱因斯坦的广义相对论推导得出，我们之前提到，这个结论最早是由德国科学家史瓦西提出的。史瓦西求出广义相对论方程的严格解时，距离爱因斯坦提出相对论还不到一个月。在波钦斯基的假设中，宇航员将会落入黑洞的事件视界。那么根据传统理论，宇航员在进入事件视界时将完全不会觉察到任何变化，而是继续向黑洞内坠落。直到他感觉到引力把他的身体给拉长了，就像意大利面一样。他会继续向黑洞中心下降，并且到达黑洞的核心，也就是奇点处。在奇点，他会被撕得粉碎，变成基本粒子。

　　但是，波钦斯基在对这个场景进行仔细分析之后，他和他的同事们发现，如果用量子力学的理论来考虑整个事件，那么这个场景将会完全不同。量子论是一种在微观范围内控制粒子行为的理论。按照这一理论，黑洞的事件视界将发生剧烈的能量反应，就像黑洞周围的一道火墙一样，如果宇航员穿过这个事件视界，那么他将会被烧成灰烬。

　　这时就产生了一个问题。黑洞的火墙理论是遵循量子力学理论产生的，但是这就和广义相对论发生了矛盾。在广义相对论的理论中，这个向黑洞中心做自由落体的宇航员所感受到的物理学效应，应该和他在宇宙其他任何地方感受到的都完全相同，无论他是在宇宙中飘浮，还是坠向一个黑洞。按照爱因斯坦的理论，黑洞的事件视界应该并不多么起眼。

　　而现在，为了解决这个问题，霍金提出了另一种理论，想要从另一个角度来尝试解释黑洞。在这个理论中，广义相对论和量子理论都是正确的，但是霍金认为，黑洞不存在类似火墙一样的事件视界。因为黑洞的强大引力，它周围的时空将产生剧烈的震荡，因此无法形成稳定的边界。

　　为了弥补这个理论的不足，霍金创造性地提出了一个新的概念，这就是视边界。这个视边界的定义是光无法逃逸的界面。按照爱因斯坦的理论，如果一个黑洞十分稳定，那么它的事件视界与视边界应该是一致的，因为光线在逃离黑洞时，最终只会到达事件视界，而无法向外部再进一步。就像人在跑步机上跑步一样，永远无法逃出跑步机的设定范围。但是从理论上来说，这两个边界有可能出现不一致的情况。如果黑洞还在源源不断地向内吸收物质，那么它的事件视界将会向外扩张，导致超出了视边界的范围。

　　与之相反，霍金在20世纪70年代曾经提出了黑洞蒸发的观点。他认为，黑洞会不断释放霍金辐射并损失能量，这会造成黑洞的收缩。在这个理论中，黑洞的事件视界要比视边界的范围还要小。在霍金的最新理论中，认为黑洞的实际边界应该是视边界。在文章中霍金表示，如果我们认为的黑洞连光线都无法逃离的话，那么它就不存在一个事件视界，就意味着黑洞本身也并不存在。

　　加拿大艾伯塔大学物理学家唐·佩吉同时也是黑洞方面的专家。在20世纪70年代，他曾经与霍金一道对黑洞展开研究。他认为，霍金描述的场景是合理的，而且对于事件视界的否定十分大胆。但是，在这个边界上出现的场景是量子态的，甚至无法准确地定义这里的时空状态，所以要精确定义一个事件视界就更加难上加难了。

　　佩吉表示，他能够接受霍金认为黑洞不存在事件视界的这一理论。但是，他认为这个理论也无法彻底解决黑洞的火墙悖论。他提出，霍金关于黑洞的视边界的假设，即便只出现在某一个瞬间，它所造成的问题都和之前的事件视界的问题一样难以解决。

　　但是视边界与事件视界的不同之处在于，视边界最终将会消失。佩吉认为，霍金的新理论打开了一扇新的大门，门背后是一种似乎极端的理论。这种理论认为，所有物质都能从黑洞中逃离。霍金在发表的文章中并未具体解释视边界最终消失的方式，但是佩吉推测，应该是视边界在收缩到某种程度时，引力与量子效应达到了相互平衡，视边界此时就将消失。而到了那时，黑洞吸引住的物质会被再次释放到宇宙空间中。但是这些物质很可能已经与进入黑洞之前的面貌大不相同了。

　　霍金的理论如果能够被证明是正确的，那么黑洞中心就可能根本不存在一个奇点。按照这一理论，物质可能只是在视界消失之前被黑洞困在视界后方，并在引力作用下向黑洞的中心坠落，但是不会到达黑洞的核心，所以也不会被碾碎。这些物质的信息仍然被保留，但是会被打乱，最终通过霍金辐射释放到宇宙中时，完全失去了本来的模样，而且永远无法恢复成本来的面目。佩吉认为，想要把从黑洞中逃离的物体复原，要比将烧成灰的书里的内容复原还要更加困难。霍金则把这种景象比喻成气象预报。我们能够从理论上预报一个事件的发生，但是永远无法达到一个很高的精度。

　　但是，波钦斯基对此表示怀疑，他认为不存在没有事件视界的黑洞。在他看来，霍金在文章中描述的因为黑洞的引力产生的剧烈震荡而导致它不存在事件视界的情况，在宇宙中并不常见。他认为，根据广义相对论的理论，黑洞的事件视界与黑洞内部几乎是一致的。在我们周围的空间里也从来没有观测到时空的剧烈震荡现象。因此，霍金提到的情况在宇宙中应该是十分罕见的。

　　美国加州大学伯克利分校的理论物理学家拉斐尔·博索在过去曾经跟随霍金学习。他认为，霍金提出的新理论表明了物理学家对所谓的黑洞的火墙理论的厌恶之情。但是他同时认为，霍金的这个理论并不能完全站得住脚。在他看来，霍金的理论中没有一个明确地区分物质是否能从黑洞中逃脱的范围的界限。这个理论本身比黑洞具有一个火墙还要极端，所以难免令人心存怀疑。但是他认为，在事实上，距离霍金发表他的第一篇有关黑洞的论文已经有40多年了，但是我们现在仍然在对这个问题进行争论，从这一点来说，他的影响力无疑是十分巨大的。

fgjkfj

黑洞或许不只有球的，还有环形的，
环形的黑洞就像一个气球或轮胎、压也压不碎、吹也吹不破
环形黑洞与球共同构成一个类星体
纯属猜测
但这些星体可以预见是非常恐怖的存在着
因为那集中了非常恐怖的能量密度与质量与速度
黑洞不存在、它可以不是宇宙的中心、它是低纬的
黑洞的存在、它是比我们更高的存在、相对而言它是我们的中心
有人说宇宙是不存在着的、它是低纬的、
由人说宇宙是我们的中心、那个中心的高维的
有的人行车靠右、有的人行车靠左、因为他们处于不同的国家与品种
但是如果他们突然走在一起的话，恐怕是要来个迎头痛击了
这个世界上有太多的巧合太多的偶然
谁加我们人类不是整个宇宙的中心呢

fgjkfj

谁加我们人类不是整个宇宙的中心呢

fgjkfj

谁叫我们人类不是整个宇宙的中心呢