撩開黑洞的神秘面紗

我們經常會聽到“黑洞”這個名詞，“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”，其實不然。那么所謂的黑洞到底是什么呢？迄今為止，人們只能從理論上來對它進行推斷。在過去，科學家把黑洞描述成一個有去無回的視界包裹著密度無限大的奇點。黑洞不停吸入類似于恒星這樣的物體。新理論則將黑洞看作一個暗能量，吸入的物體在密集的殼體處分解。認為它是一種引力場非常強，就連光也無法從中逃逸的天體。“黑洞”究竟是什么？它是怎樣形成的？又位于宇宙中的何處？這些都是人們關心的話題。黑洞以其特有的魅力吸引著廣大的理論物理和天體物理學家。“黑洞”無疑是本世紀最具有挑戰性，也是最讓人激動的天文學說之一。許多科學家正在為揭開黑洞的神秘面紗而努力地工作著。

關于黑洞的成因，迄今有很多理論。有人提出了黑洞是由巨大星體演變而成的理論。他們認為黑洞跟白矮星和中子星一樣，極有可能也是由恒星轉變而來的。宇宙早期的星云物質——絕大部分是氫的極其稀薄的氣體——由于自身的引力作用而收縮成恒星。由于收縮過程中原子相互碰撞的頻率和速度越來越高，導致氣體溫度上升并最終使恒星發光。當溫度升高到一個極點，以至于氫原子碰撞后不再離開而是聚合成氦，這一過程被稱為“熱核聚變”。聚變釋放出的巨大能量使恒星氣體的壓力進一步升高，并達到足以平衡恒星內部引力的程度，于是恒星的收縮停止下來，并在相當長的時間里穩定地燃燒。當恒星耗盡了這些氫之后，由于核反應的減弱而開始變冷，恒星氣體的壓力不足以抵抗自身引力時，恒星重新開始收縮。恒星中的氦原子發生聚變形成碳或氧之類較重的原子。但這一過程并沒有釋放太多的能量，恒星繼續收縮。并逐漸凝結而形成了黑洞，這個過程就像水變成冰一樣。這一解釋為研究量子引力理論提供了新思路，而量子引力理論有可能將愛因斯坦的廣義相對論和量子力學統一起來。

也有理論認為大黑洞是由小型黑洞集合而成的。由日美兩國科學家組成的科研小組最近就巨大黑洞的誕生提出了新見解，認為巨大黑洞是由“中質量黑洞”集合而成的。黑洞成因新見解為研究銀河系的形成和演化提供了新的理論基礎，也有助于研究宇宙的誕生和進化。

科學家斯爾克和里斯就黑洞提出了全新的觀點。在這種觀點中，他們認為每一個早期氣體云團的中心后來都發生了坍縮，最終形成了超級黑洞。超級黑洞一旦形成，就會立即開始吞食周圍的氣體，形成明亮的類星體。斯爾克認為，剛剛形成的類星體會產生能量，從而在周圍氣體中產生劇烈的溫度變化，導致黑洞周圍的氣體和剛剛形成的類星體相互擠壓、聚合成恒星。通過上述記述，我們知道，通過黑洞演變成了星系。也就是說，黑洞并不只是貪婪的惡鬼，因為它對星系的形成產生了積極的影響。

由于光線很難從黑洞中逃逸，因此觀測黑洞有些困難。但令人欣喜的是，黑洞的引力效應仍將繼續作用到其臨近的星體上。人們觀測到一些伴星系統是由一顆可見恒星和一顆不可見恒星互相圍繞旋轉組成。這類系統中的有一些是強X射線源。對這種現象最好的解釋是，物質從可見星的表面被吹起來并落向不可見的伴星，這些物質在強大的引力作用下發展成螺旋軌道，同時變得非常熱而發射出X射線。這顆不可見伴星必須小到像白矮星、中子星或黑洞那樣，才能引發上述機制。“天鵝X-1”就是這樣一個伴星系統。通過對其可見星軌道的研究，科學家們推算出了不可見星的最小質量——大約是太陽的6倍。按照錢德拉塞卡的結果來看，它只能是一個黑洞。

1剛開始下沉的時候，宇航員看上去和平常一樣，他身上的時間也正常，他的身體還沒有被扭曲。

2離黑洞更近的時候，他的身體開始拉長，由于光對引力的反方向抗爭，他看上去有些發紅，表也快了。

3宇航員落入黑洞后很久，才能在視界看到一幅凍結了的宇航員假象，他的身體發紅，表也停了。

黑洞與別的天體相比，顯得尤其特殊。黑洞有“隱身術”，在地球上，由于引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間并繞過黑洞到達地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。通過這種手段，人們無法對它進行直接觀察，科學家也只能對它的內部結構進行種種猜想，無法進行準確判斷。黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢？是通過彎曲的空間！我們知道，光是沿直線傳播的。但是廣義相對論告訴我們，空間會在引力場的作用下發生彎曲。所以在引力場的作用下，光雖然仍然沿兩點間的最短距離傳播，但已經是曲線傳播了。客觀地看來，光本來是要走直線的，只不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。

在宇宙漫長的歲月中，許多恒星已經耗盡了燃料，并且坍縮了。但是黑洞的數目卻比可見星要多得多。就拿銀河系來說，數量眾多的黑洞的額外引力就可以解釋銀河系會有如此的轉動速率的原因，所以不能僅考慮可見星的質量。有資料證明，銀河系中心有非常巨大的黑洞，科學家認為，黑洞能夠將活動星系核旋轉著吸入，并且為黑洞氣體盤旋建立一個模型。根據這個模型，星系核活動性的差別由黑洞的大小和單位時間被吸入黑洞的氣體量決定。為了證明多種星系核的活動性，黑洞的質量必須達到太陽質量的1000萬倍到10億倍的程度。恒星若是太靠近這個黑洞，它近端和遠端的引力差就會將它撕開，并被黑洞吸引而落到里面去。

盡管黑洞神秘的面紗還未被完全揭開，但可以預期，隨著天文觀測技術的不斷提高和理論研究的進一步深入，人類對黑洞的探索必將取得巨大的進展。黑洞，這一困擾我們的世紀之謎，遲早會被解開。