黑洞里面是什么样子

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黑洞里面是什么样子

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由一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离的边界即视界(event
horizon)所规定的时空区域。
黑洞，天文学名词。所谓“黑洞”，是引力场很强的一种天体，就连光也不能逃脱出来。等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。黑洞引申义为无法摆脱的境遇。阳性星系、天体散发着光和热的能量信息，吸收阴和凉的能量信息。阴性星系、天体，它的核心散发着阴和凉的能量信息，吸收光和热的能量信息。这类星系的核心和这类天体，从视觉上说我们地球人是看不见的。这就是人们常说的黑洞。　
　　■物理学观点的解释
　　视觉效应。宇宙是由一些大大小小的远离平衡的系统组成的。几个或更多的发光发热的天体，围绕着一个吸光、吸热的，并散布着阴冷、阴暗信息的天体旋转，组成远离平衡的系统，这样的系统在宇宙中是普遍存在的。周围是散发光和热的天体，中心是一个吸光吸热并散布着阴冷、阴暗的信息的天体，这种现象很容易让人从视觉得那光量的中心是一个深黑不见底的洞——黑洞。
　　黑洞的吞噬。许多学者认为“黑洞”吞食恒星，而且吞噬量很大，因此骇人听闻，谈黑色变。根据象性理论，也大可不必担忧。就银河系核心的体积来讲，比一颗恒星的体积大了何止千百万倍。假如银河附近，有一颗发光发热的恒星A，原来我们是经常能看到的，以后，我们的眼睛或望远镜就无法观察到了，有些人就认为是被黑洞吞食了；其实是这颗恒星A由于运动转向了银河系核心的背面了，银河以巨型的身体挡住了我们的视线而已。再过一定的时间，这些被误认为吞食了的恒星A，很有可能出现在地球人的视线里，地球上的人又能在某个角度上看得见了。
　　黑洞是密度超大的天体,吸纳一切,光也逃不了.(现在有科学家分析,宇宙中不存在黑洞,这需要进一步的证明,但是我们在学术上可以存在不同的意见)
　　补注：在空间体积为无限小（可认为是0）而注入质量接近无限大的状况下，场无限强化的情况下黑洞真的还有实体存在吗？或物质的最终结局不是化为能量而是成为无限的场？
　　按组成来划分，黑洞可以分为两大类。一是暗能量黑洞，二是物理黑洞。
　　暗能量黑洞
　　暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成，它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转，其内部产生巨大的负压足以吞噬物体，从而形成黑洞，详情请看“宇宙黑洞论”。暗能量黑洞是星系形成的基础，也是星团、星系团形成的基础。
　　物理黑洞
　　物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成，具有巨大的质量。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时，我们称之为奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大，可以有太阳系那般大。它的比起暗能量黑洞来说体积非常小，它甚至可以缩小到一个奇点。
划分二
　　1972年，美国普林斯顿大学青年研究生贝肯斯坦提出黑洞"无毛定理"：星体坍缩成黑洞后，只剩下质量，角动量，电荷三个基本守恒量继续起作用。其他一切因素("毛发")都在进入黑洞后消失了。这一定理后来由霍金等四人严格证明。
　　由此,根据黑洞本身的物理特性，可以将黑洞分为以下四类。
　　(1)不旋转不带电荷的黑洞。它的时空结构于1916年由施瓦西求出称施瓦西黑洞。
　　(2)不旋转带电黑洞，称R-N黑洞。时空结构于1916-1918年由Reissner（赖斯纳）和Nordstrom（纳自敦）求出。
　　(3)旋转不带电黑洞，称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。
　　(4)一般黑洞，称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。
　　(5)与其他恒星一块形成双星的黑洞。
编辑本段产生
　　黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高密度而产生的力量，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样．
　　亦可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生裂变、聚变。由于恒星质量很大，裂变与聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于裂变与聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素。接着，氦原子也参与裂变与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与裂变或聚变，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。
　　跟白矮星和中子星一样，黑洞可能也是由质量大于太阳质量20倍的恒星演化而来的。
　　当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
　　根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径），正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
　　根据科学家计算,一个物体要有每秒种7.9公里的速度,就可以不被地球的引力拉回到地面,而在空中饶着地球转圈子了.这个速度,叫第一宇宙速度.如果要想完全摆脱地球引力的束缚,到别的行星上去,至少要有11.2km/s的速度,这个速度,叫第二宇宙速度.也可以叫逃脱速度.这个结果是按照地球的质量和半径的大小算出来的.就是说,一个物体要从地面上逃脱出去,起码要有这么大的速度。可是对于别的天体来说,从它们的表面上逃脱出去所需要的速度就不一定也是这么大了。一个天体的质量越是大,半径越是小,要摆脱它的引力就越困难,从它上面逃脱所需要的速度也就越大.
　　按照这个道理,我们就可以这样来想:可能有这么一种天体,它的质量很大，而半径又很小,使得从它上面逃脱的速度达到了光的速度那么大。也就是说,这个天体的引力强极了,连每秒钟三十万公里的光都被它的引力拉住，跑不出来了。既然这个天体的光跑不出来,我们然谈就看不见它,所以它就是黑的了。光是宇宙中跑得最快的，任何物质运动的速度都不可能超过光速.既然光不能从这种天体上跑出来,当然任何别的物质也就休想跑出来.一切东西只要被吸了进去，就不能再出来，就象掉进了无底洞,这样一种天体，人们就把它叫做黑洞.
　　我们知道，太阳现在的半径是七十万公里。假如它变成一个黑洞,半径就的大大缩小.缩到多少?只能有三公里.地球就更可怜了,它现在半径是六千多公里.假如变成黑洞，半径就的缩小到只有几毫米.那里会有这么大的压缩机，能把太阳
地球缩小的这么!这简直像《天方夜谭》里的神话故事,黑洞这东西实在太离奇古怪了。但是，上面说的这些可不是凭空想象出来的,而是根据严格的科学理论的出来的.原来,黑洞也是由晚年的恒星变成的,象质量比较小的恒星,到了晚年，会变成白矮星；质量比较大的会形成中子星.现在我们再加一句,质量更大的恒星,到了晚年，最后就会变成黑洞.所以，总结起来说,白矮星
中子星和黑洞,就是晚年恒星的三种变化结果。现在,白矮星已经找到了，中子星也找到了，黑洞找到没有?也应该找到的.但要找到它们实在是很困难。特别是那些单个的黑洞，我们现在简直毫无办法。有一种情况下的黑洞比较有希望找到，那就是双星里的黑洞.
　　双星就是两颗互相饶着转的恒星.虽然我们看不见黑洞，但却能从那颗看的见的恒星的运动路线分析出来.这是什么道理呢?因为,双星中的每一个星都是沿着椭圆形路线运动的,而单颗的恒星不是这样运动。如果我们看到天空中有颗恒星在沿椭圆形路线运动,却看不到它的'同伴',那就值得仔细研究了。我们可以把那颗星走的椭圆的大小，走完一圈用的时间，都测量出来.有了这些，就可以算出来那个看不见的'同伴'的质量有多大。如果算出来质量很大，超过中子星能有的质量，那就可以进一步证明它是个黑洞了。
　　在天鹅星座，有一对双星，名叫天鹅座X-1.这对双星中，一颗是看的见的亮星,另一颗却看不见.根据那可亮星的运动路线.可以算出来它的'同伴'的质量很大,至少有太阳质量的五倍.这么大的质量是任何中子星都不可能有的.当然，除这些以外还有别的证据。所以,基本上可以肯定，天鹅座X-1中那个看不见的天体就是一个黑洞.这是人类找到的第一个黑洞。另外,还发现有几对双星的特征也跟天鹅座X-1很相似，它们里面也有可能有黑洞。科学家正对它们作进一步的研究.　“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。黑洞是体积较小、质量极大的天体。它可以造成时空的无限下陷，另外它自己本身有极大的引力，再加上时空下陷的影响可以把经过或靠近的任何物体吸入这个无底深渊里；有时黑洞也是一个捷径通道，之所以说黑洞是捷径通道，是因为有些黑洞一旦进入就会到另一个地方去
那个地方与来时的地方会有几万光年的距离。
编辑本段演变黑洞的吸积
　　黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。

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●有科学家猜测黑洞内像个万花筒

牛津大学著名物理学家史蒂芬·霍金7月21日当众认输，推翻他1975年赖以成名的黑洞理论，承认黑洞并非可怕的物质“终结者”，由崩溃的星球形成的黑洞其实不会吞噬和消灭一切物质，而会保留被吞噬物体的些微痕迹，最后以残破的形式“吐”出来。

  与黑洞有关的四次“豪”赌霍金逢赌必输

  1997年，霍金同美国物理学家约翰·普雷斯基尔打赌时坚持自己的“黑洞悖论”，黑洞会摧毁它们吞噬的一切信息，后者则认为黑洞不可能使其内部物质的信息丧失，赌注则是一本《棒球百科全书》。霍金于2004年7月21日当众表示输掉了这场科学史上著名的赌赛，并送给普雷斯基尔一套板球百科全书。

  在历史上关于黑洞的著名打赌已经有了四次。第一次是已故的诺贝尔奖获得者钱德拉和索恩关于旋转黑洞的稳定性问题打的赌。结果是索恩赢。于是索恩要钱德拉订购了《听众》杂志。第二次是1975年关于天蝎座X－1（X指X射线源，1代表天蝎座中最亮的星）是否包含黑洞打赌。霍金说，他对黑洞做了很多研究，如果发现天蝎座X－1中不存在黑洞，一切关注黑洞存在的研究都将是徒劳。在这种情况下，索恩不得不为他订购4年的《私家侦探》杂志。后来，人们积累了越来越多天蝎座X－1中存在黑洞的观测证据，这些发现证明霍金实际上错了。霍金也只好认输，为索恩订阅了1年的《阁楼》杂志。第三次打赌是在1991年，霍金又与索恩、普雷斯基尔赌上了，这次赌的是裸奇点是否存在。霍金认为奇点只存在于黑洞围绕的时空奇点。1997年2月5日，霍金承认，在特殊的情况下裸奇点是可以形成的，然后输给了索恩和普雷斯基尔两件可以用来“遮蔽裸体”的T恤衫，上面写着“自然界憎恨裸奇点”。

  第四次打赌也就是前面叙述过的霍金与普雷斯基尔关于黑洞是否会摧毁外来信息的赌。有关黑洞的四次“豪”赌，霍金参加了三次，每次都输。尽管霍金每赌必输，然而“赌性”难改。

  霍金新理论认为黑洞不是吞噬一切的恶魔

  1975年，霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大，进入其边界的（也即所谓“活动水平线”的物体）都会被其吞噬而永远无法逃逸。黑洞形成后，就开始向外辐射能量，最终将因为质量丧失殆尽而消失。然而在这种所谓的“霍金辐射”中并不包含黑洞中有关物质的任何信息。一旦黑洞消失，所有信息也将全部丧失。换言之，人类永远不可能知道黑洞里面是什么样子。这便是所谓的“黑洞悖论”。而该理论与量子物理学的理论背道而驰。量子物理中认为类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。当时霍金认为，可能是黑洞强大的引力场，打破了量子物理定律。

  霍金在2004年7月21日于都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上提出了新的理论。面对世界各国著名的物理学家，他说，30年来，自己一直在思考不同形状、体积各异的黑洞在无数年后会出现何种变化。他通过计算证明，黑洞内部最初的信息量与最终的信息量相等。他说，“黑洞里面不会发展出新宇宙。黑洞只是看上去处在形成之中。后来，它就会向外辐射其吞噬的物质的所有信息。不过，这些信息已经被黑洞撕碎、打破和重整了。”

  霍金还向来自50个国家的约800名科学家说：“黑洞里面不会发展出新宇宙，这和我以前的想法相反。这些信息仍存在我们宇宙里。我很抱歉让科幻小说迷失望，可是既然这些信息保存下来，就不可能利用黑洞前往其他宇宙。”

  霍金的“新黑洞”理论不再和现有量子理论矛盾

  次原子理论拥护者坚持物质不灭定律，也就是物质会改变形式，可是绝不会消灭，在这种情况下，物体如何能够完全消失在黑洞里，丝毫不留任何痕迹？而形成整个现代物理学基础的量子理论，宣称所有信息都会以某种形式保存下来。而霍金以前的黑洞理论则认为，黑洞会吞噬物质及其相关信息。因此，老的黑洞理论和现存的量子理论相矛盾。斯坦福大学理论学家苏斯坎曾经说，霍金原来的理论会导致大部分量子理论瓦解。霍金自己也曾经为两种理论之间的矛盾而苦恼，然而，他这次大胆提出的新理论终于结束了纠缠了他30年的苦恼。

  黑洞是太空里的某些看不见的星体，那里的引力大得惊人，包括光在内的一切东西都难以逃逸出来。过去，宇宙学家一直认为，对于宇宙来说，黑洞纯粹是一种破坏力量，现在霍金最新理论说明，黑洞在星系形成过程中扮演了重要建设角色。霍金现在所说的黑洞不同于传统的黑洞，它没有将里面的一切隐藏起来。反之，在经过长时间辐射后，它们最终会将里面的信息释放出来。这个新理论将使有关黑洞的理论研究进入新的阶段，科学家们也许有一天能够真正揭开黑洞的秘密了。（徐娜）

霍金

●星体塌陷为黑洞的艺术效果图

●普雷斯基尔、霍金与索恩（从左到右）

●普雷斯基尔、霍金与索恩（从左到右）

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1916年广义相对论出现不久，卡尔.史瓦西（karl schwarzchild）就求出了用以描述时空的爱因斯坦方程的一个十分有用的解。该解作为时空的一种可能的形状，可以用来描述一个球对称的、不带电、无自旋的物体（可能也可用于近似描述如地球和太阳等缓慢自旋的物体）之外的引力场。其原理就和当你想研究地表之外的牛顿引力而将地球视为质点一样。
这个解很象一个“公制”。它和将毕达哥拉斯公式加以归纳以给出平面上线段长度一样，此“公制”可以作为获取时空中曲线段“长度”的公式。物体沿时间（“时间的坐标轴”）运动的曲线的长度如果用此公式计算，就恰是该运动物体所经历的时间。公式的最终形式取决于你选择用来描述事物的坐标系。公式可以因坐标不同而变形，但象时空弯曲这样的物理量却不会受影响。史瓦西用坐标的术语表述了它的“公制”概念：在距离物体很远的地方，近似于一个带有一条用以表示时间的附加t轴的球坐标，另一个坐标r用作该处的球坐标半径；而更远的地方，它只给出物体的距离。
然而当球坐标很小的时候，这个解开始变得奇怪起来。在r=0的中心处有一个“奇点”，那里的时空弯曲是无限的；围绕该点的区域内，球坐标的负方向实际成为时间（而非空间）的方向。任何处于这个范围内的事物，包括光，都会为潮汐力扯碎并被强迫坠向奇点。这个区域被一个史瓦西坐标消失的面与宇宙的其他部分分离开来。当然该处的时空弯曲没有任何问题（这个球面半径被称作史瓦西半径，稍后就会发现史瓦西坐标并未消失。它是一个人为的坐标，这个问题有点象定义北极点的经度时所遇到的问题。史瓦西半径的物理意义不在于该处的坐标问题，而在于其内的方向变为时间方向这一事实）。
当时的人们并未为此担心，因为所有已知的物体的密度都达不到使这个内部区域扩大到物体之外的程度，即对于所有已知情况，史瓦西解的这个奇怪部分都不适用。阿瑟.斯坦雷.爱丁顿（arthur stanley eddington）曾考虑过一颗死亡的恒星坍塌后可能达到这个密度，但从审美的角度出发不太愉快地将其抛弃了，并人为应该有新的理论补充进来。1939年欧文海默（oppenheimer）和施内德（snyder）最终严肃地提出比太阳质量稍大几倍的恒星在其声明的末期可能会坍缩到这种状态。
一旦一颗恒星的坍缩超过史瓦西坐标消失的球面（称为不带电、无自旋物体史瓦西半径或“视界”）它就不可避免地继续坍缩下去。同你无法停住时间的车轮一样，它将一直坍缩至奇点。没有任何进入那个区域的东西可以幸免，至少在这个简单的例子中是如此。视界是一个有去无回的转折点。
1971年约翰.阿奇贝尔德.威勒（john archibald wheeler）命名这样的事物为“黑洞”，因为光无法从中逃 逸。基于许多证据，天文学家有许多他们认为可能是黑洞的候选天体（其证据是：它们的巨大质量可以从其 对其他物体的相互作用中得到；并且有时它们会发出x射线，这被认为是正在坠入其中的物质发出的）。但 我们这里所讲述的黑洞的性质纯属理论，它们基于广义相对论――一个目前尚被证明为正确的理论。

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关于黑洞里面有什么物理学界有两种假说：一是史瓦西提出的白洞理论，认为白洞是黑洞的对立面，连接黑洞和白洞的就是虫洞；二是霍夫特的全息宇宙模型，认为黑洞吸收的一切都被重新编码在黑洞的视界上，所以黑洞里面的一切都是这个二维平面的投影。
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1916年广义相对论出现不久，卡尔.史瓦西（karl schwarzchild）就求出了用以描述时空的爱因斯坦方程的一个十分有用的解。该解作为时空的一种可能的形状，可以用来描述一个球对称的、不带电、无自旋的物体（可能也可用于近似描述如地球和太阳等缓慢自旋的物体）之外的引力场。其原理就和当你想研究地表之外的牛顿引力而将地球视为质点一样。
  这个解很象一个“公制”。它和将毕达哥拉斯公式加以归纳以给出平面上线段长度一样，此“公制”可以作为获取时空中曲线段“长度”的公式。物体沿时间（“时间的坐标轴”）运动的曲线的长度如果用此公式计算，就恰是该运动物体所经历的时间。公式的最终形式取决于你选择用来描述事物的坐标系。公式可以因坐标不同而变形，但象时空弯曲这样的物理量却不会受影响。史瓦西用坐标的术语表述了它的“公制”概念：在距离物体很远的地方，近似于一个带有一条用以表示时间的附加t轴的球坐标，另一个坐标r用作该处的球坐标半径；而更远的地方，它只给出物体的距离。
  然而当球坐标很小的时候，这个解开始变得奇怪起来。在r=0的中心处有一个“奇点”，那里的时空弯曲是无限的；围绕该点的区域内，球坐标的负方向实际成为时间（而非空间）的方向。任何处于这个范围内的事物，包括光，都会为潮汐力扯碎并被强迫坠向奇点。这个区域被一个史瓦西坐标消失的面与宇宙的其他部分分离开来。当然该处的时空弯曲没有任何问题（这个球面半径被称作史瓦西半径，稍后就会发现史瓦西坐标并未消失。它是一个人为的坐标，这个问题有点象定义北极点的经度时所遇到的问题。史瓦西半径的物理意义不在于该处的坐标问题，而在于其内的方向变为时间方向这一事实）。
  当时的人们并未为此担心，因为所有已知的物体的密度都达不到使这个内部区域扩大到物体之外的程度，即对于所有已知情况，史瓦西解的这个奇怪部分都不适用。阿瑟.斯坦雷.爱丁顿（arthur stanley eddington）曾考虑过一颗死亡的恒星坍塌后可能达到这个密度，但从审美的角度出发不太愉快地将其抛弃了，并人为应该有新的理论补充进来。1939年欧文海默（oppenheimer）和施内德（snyder）最终严肃地提出比太阳质量稍大几倍的恒星在其声明的末期可能会坍缩到这种状态。
  一旦一颗恒星的坍缩超过史瓦西坐标消失的球面（称为不带电、无自旋物体史瓦西半径或“视界”）它就不可避免地继续坍缩下去。同你无法停住时间的车轮一样，它将一直坍缩至奇点。没有任何进入那个区域的东西可以幸免，至少在这个简单的例子中是如此。视界是一个有去无回的转折点。
  1971年约翰.阿奇贝尔德.威勒（john archibald wheeler）命名这样的事物为“黑洞”，因为光无法从中逃 逸。基于许多证据，天文学家有许多他们认为可能是黑洞的候选天体（其证据是：它们的巨大质量可以从其 对其他物体的相互作用中得到；并且有时它们会发出x射线，这被认为是正在坠入其中的物质发出的）。但 我们这里所讲述的黑洞的性质纯属理论，它们基于广义相对论――一个目前尚被证明为正确的理论。