? ? ? 黑洞是現(xiàn)代廣義相對(duì)論中脖母，宇宙空間內(nèi)存在的一種天體。黑洞的引力很大媚媒，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速《嵊ⅲ“黑洞是時(shí)空曲率大到光都無(wú)法從其事件視界逃脫的天體”。
1916年巍耗，德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過(guò)計(jì)算得到了愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的一個(gè)真空解秋麸，這個(gè)解表明渐排，如果將大量物質(zhì)集中于空間一點(diǎn)炬太，其周圍會(huì)產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象，即在質(zhì)點(diǎn)周圍存在一個(gè)界面——“視界”一旦進(jìn)入這個(gè)界面驯耻，即使光也無(wú)法逃脫亲族。這種“不可思議的天體”被美國(guó)物理學(xué)家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為“黑洞”。
黑洞無(wú)法直接觀測(cè)可缚，但可以借由間接方式得知其存在與質(zhì)量霎迫，并且觀測(cè)到它對(duì)其他事物的影響。借由物體被吸入之前的因高熱而放出和γ射線的“邊緣訊息”帘靡，可以獲取黑洞存在的訊息知给。推測(cè)出黑洞的存在也可借由間接觀測(cè)恒星或星際云氣團(tuán)繞行軌跡取得位置以及質(zhì)量。
北京時(shí)間2019年4月10日21時(shí)描姚，人類首張黑洞照片面世涩赢，該黑洞位于室女座一個(gè)巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬(wàn)光年轩勘，質(zhì)量約為太陽(yáng)的65億倍筒扒。它的核心區(qū)域存在一個(gè)陰影，周圍環(huán)繞一個(gè)新月?tīng)罟猸h(huán)绊寻。愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論被證明在極端條件下仍然成立花墩。
——中文名
——黑洞
——外文名
——Black Hole
——分類
——宇宙天體
——發(fā)現(xiàn)者
——卡爾·史瓦西
——發(fā)現(xiàn)時(shí)間
——1916年
“黑洞”這個(gè)詞語(yǔ)歷來(lái)被人們所熟知，然而人們對(duì)于黑洞形態(tài)的了解卻始終蒙著一層神秘面紗澄步。近日冰蘑，隨著黑洞事件視界(天文學(xué)中黑洞的邊界，在此邊界以內(nèi)光無(wú)法逃逸)中第一張代表黑洞直接形象的圖片問(wèn)世村缸，這層神秘面紗才開(kāi)始逐漸...
黑洞就是中心的一個(gè)密度無(wú)限大懂缕、時(shí)空曲率無(wú)限高、體積無(wú)限小王凑，熱量無(wú)限大的奇點(diǎn)和周圍一部分空空如也的天區(qū)搪柑，這個(gè)天區(qū)范圍之內(nèi)不可見(jiàn)聋丝。依據(jù)阿爾伯特-愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，當(dāng)一顆垂死恒星崩潰工碾，它將聚集成一點(diǎn)弱睦，這里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區(qū)域的所有光線和任何物質(zhì)渊额。
黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程：某一個(gè)恒星在準(zhǔn)備滅亡况木，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷旬迹，發(fā)生強(qiáng)力爆炸火惊。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過(guò)程立即停止，被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星體奔垦，同時(shí)也壓縮了內(nèi)部的空間和時(shí)間屹耐。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過(guò)程無(wú)休止地進(jìn)行下去椿猎，連中子間的排斥力也無(wú)法阻擋惶岭。中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來(lái)的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)犯眠。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的引力按灶，使得任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去。
也可以簡(jiǎn)單理解為：通常恒星最初只含氫元素筐咧，恒星內(nèi)部的氫原子核時(shí)刻相互碰撞鸯旁，發(fā)生聚變。由于恒星質(zhì)量很大量蕊，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬(wàn)有引力抗衡铺罢，以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于氫原子核的聚變產(chǎn)生新的元素——氦元素危融，接著畏铆，氦原子也參與聚變，改變結(jié)構(gòu)吉殃，生成鋰元素辞居。如此類推，按照元素周期表的順序蛋勺，會(huì)依次有鈹元素瓦灶、硼元素、碳元素抱完、氮元素等生成贼陶，直至鐵元素生成，該恒星便會(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定碉怔，參與聚變時(shí)釋放的能量小于所需能量烘贴，因而聚變停止，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部撮胧，導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬(wàn)有引力抗衡桨踪，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞芹啥。說(shuō)它“黑”锻离，是因?yàn)樗a(chǎn)生的引力使得它周圍的光都無(wú)法逃逸。跟中子星一樣墓怀，黑洞也是由質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量好幾十甚至幾百倍以上的恒星演化而來(lái)的汽纠。
當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料傀履，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了虱朵。這樣，它再也沒(méi)有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量啤呼。所以在外殼的重壓之下卧秘，核心開(kāi)始坍縮呢袱，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍官扣，直到最后形成體積接近無(wú)限小、密度幾乎無(wú)限大的星體羞福。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度（一定小于史瓦西半徑）惕蹄，質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲就使得即使光也無(wú)法向外射出——“黑洞”就誕生了。
黑洞通常是因?yàn)樗鼈兙蹟n周圍的氣體產(chǎn)生輻射而被發(fā)現(xiàn)的治专，這一過(guò)程被稱為吸積卖陵。高溫氣體輻射熱能的效率會(huì)嚴(yán)重影響吸積流的幾何與動(dòng)力學(xué)特性。已觀測(cè)到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤张峰。當(dāng)吸積氣體接近中央黑洞時(shí)泪蔫，它們產(chǎn)生的輻射對(duì)黑洞的自轉(zhuǎn)以是中央延展物質(zhì)系統(tǒng)的流動(dòng)。吸積是天體物理中最普遍的過(guò)程之一喘批，而且也正是因?yàn)槲e才形成了我們周圍許多常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)撩荣。在宇宙早期，當(dāng)氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢(shì)阱中心流動(dòng)時(shí)形成了星系饶深。即使到了今天餐曹，恒星依然是由氣體云在其自身引力作用下坍縮碎裂，進(jìn)而通過(guò)吸積周圍氣體而形成的敌厘。行星（包括地球）也是在新形成的恒星周圍通過(guò)氣體和巖石的聚集而形成的台猴。當(dāng)中央天體是一個(gè)黑洞時(shí)，吸積就會(huì)展現(xiàn)出它最為壯觀的一面。黑洞除了吸積物質(zhì)之外饱狂，還通過(guò)霍金蒸發(fā)過(guò)程向外輻射粒子曹步。
由于黑洞的密度極大，根據(jù)公式我們可以知道密度=質(zhì)量/體積休讳，為了讓黑洞密度無(wú)限大箭窜，而黑洞的質(zhì)量不變，那就說(shuō)明黑洞的體積要無(wú)限小衍腥，這樣才能成為黑洞磺樱。黑洞是由一些恒星“滅亡”后所形成的死星，它的質(zhì)量極大婆咸，體積極小竹捉。但黑洞也有滅亡的那天，按照霍金的理論尚骄，在量子物理中块差，有一種名為“隧道效應(yīng)”的現(xiàn)象，即一個(gè)粒子的場(chǎng)強(qiáng)分布雖然盡可能讓能量低的地方較強(qiáng)倔丈，但即使在能量相當(dāng)高的地方憨闰，場(chǎng)強(qiáng)仍會(huì)有分布，對(duì)于黑洞的邊界來(lái)說(shuō)需五，這就是一堵能量相當(dāng)高的勢(shì)壘鹉动，但是粒子仍有可能出去。
霍金還證明宏邮，每個(gè)黑洞都有一定的溫度泽示，而且溫度的高低與黑洞的質(zhì)量成反比例。也就是說(shuō)蜜氨，大黑洞溫度低械筛，蒸發(fā)也微弱；小黑洞的溫度高蒸發(fā)也強(qiáng)烈飒炎，類似劇烈的爆發(fā)埋哟。相當(dāng)于一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，大約要1x10^66年才能蒸發(fā)殆盡郎汪；相當(dāng)于一顆小行星質(zhì)量的黑洞會(huì)在1x10-21秒內(nèi)蒸發(fā)得干干凈凈赤赊。
黑洞會(huì)發(fā)出耀眼的光芒，體積會(huì)縮小怒竿，甚至?xí)仇瑫?huì)噴射物體，發(fā)出耀眼的光芒耕驰。當(dāng)英國(guó)物理學(xué)家斯蒂芬·威廉·霍金于1974年做此預(yù)言時(shí)爷辱，整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)。
霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍，他結(jié)合了廣義相對(duì)論和量子理論饭弓，他發(fā)現(xiàn)黑洞周圍的引力場(chǎng)釋放出能量双饥，同時(shí)消耗黑洞的能量和質(zhì)量。
假設(shè)一對(duì)粒子會(huì)在任何時(shí)刻弟断、任何地點(diǎn)被創(chuàng)生咏花，被創(chuàng)生的粒子就是正粒子與反粒子，而如果這一創(chuàng)生過(guò)程發(fā)生在黑洞附近的話就會(huì)有兩種情況發(fā)生：兩粒子湮滅阀趴、一個(gè)粒子被吸入黑洞昏翰。“一個(gè)粒子被吸入黑洞”這一情況：在黑洞附近創(chuàng)生的一對(duì)粒子其中一個(gè)反粒子會(huì)被吸入黑洞刘急，而正粒子會(huì)逃逸棚菊，由于能量不能憑空創(chuàng)生，我們?cè)O(shè)反粒子攜帶負(fù)能量叔汁，正粒子攜帶正能量统求，而反粒子的所有運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以視為是一個(gè)正粒子的為之相反的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，如一個(gè)反粒子被吸入黑洞可視為一個(gè)正粒子從黑洞逃逸据块。這一情況就是一個(gè)攜帶著從黑洞里來(lái)的正能量的粒子逃逸了码邻，即黑洞的總能量少了，而愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2表明另假，能量的損失會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的損失像屋。
當(dāng)黑洞的質(zhì)量越來(lái)越小時(shí)，它的溫度會(huì)越來(lái)越高浪谴。這樣开睡，當(dāng)黑洞損失質(zhì)量時(shí)因苹，它的溫度和發(fā)射率增加苟耻，因而它的質(zhì)量損失得更快。這種“霍金輻射”對(duì)大多數(shù)黑洞來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)扶檐，因?yàn)榇蠛诙摧椛涞谋容^慢凶杖，而小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到黑洞的爆炸款筑。
表現(xiàn)形式
據(jù)英國(guó)媒體報(bào)道智蝠，一項(xiàng)新的理論指出黑洞的死亡方式可能是以轉(zhuǎn)變?yōu)榘锥吹姆绞竭M(jìn)行的。理論上來(lái)說(shuō)奈梳，白洞在行為上恰好是黑洞的反面——黑洞不斷吞噬物質(zhì)杈湾，而白洞則不斷向外噴射物質(zhì)。 這一發(fā)現(xiàn)最早是由英國(guó)某雜志網(wǎng)站報(bào)道的攘须，其理論依據(jù)是晦澀的量子引力理論漆撞。
恒星的時(shí)空扭曲改變了光線的路徑，使之和原先沒(méi)有恒星情況下的路徑不一樣。光在恒星表面附近稍微向內(nèi)偏折浮驳，在日食時(shí)觀察遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線悍汛，可以看到這種偏折現(xiàn)象。當(dāng)該恒星向內(nèi)坍塌時(shí)至会，其質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲變得很強(qiáng)离咐，光線向內(nèi)偏折得也更強(qiáng)，從而使得光子從恒星逃逸變得更為困難奉件。對(duì)于在遠(yuǎn)處的觀察者而言宵蛀，光線變得更黯淡更紅。最后县貌，當(dāng)這恒星收縮到某一臨界半徑（史瓦西半徑）時(shí)糖埋，其質(zhì)量導(dǎo)致時(shí)空扭曲變得如此之強(qiáng)，使得光向內(nèi)偏折得也如此之強(qiáng)窃这，以至于光也逃逸不出去 瞳别。這樣，如果光都逃逸不出來(lái)杭攻，其他東西更不可能逃逸祟敛，都會(huì)被拉回去。也就是說(shuō)兆解，存在一個(gè)事件的集合或時(shí)空區(qū)域馆铁，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者，這樣的區(qū)域稱作黑洞锅睛。將其邊界稱作事件視界埠巨，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。
與別的天體相比现拒，黑洞十分特殊辣垒。人們無(wú)法直接觀察到它，科學(xué)家也只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想印蔬。而使得黑洞把自己隱藏起來(lái)的的原因即是彎曲的時(shí)空勋桶。根據(jù)廣義相對(duì)論，時(shí)空會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲侥猬。這時(shí)候例驹，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短光程傳播，但相對(duì)而言它已彎曲退唠。在經(jīng)過(guò)大密度的天體時(shí)鹃锈，時(shí)空會(huì)彎曲，光也就偏離了原來(lái)的方向瞧预。
在地球上屎债，由于引力場(chǎng)作用很小寨蹋，時(shí)空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周圍扔茅，時(shí)空的這種變形非常大已旧。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光召娜，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失运褪，可另一部分光線會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。觀察到黑洞背面的星空玖瘸，就像黑洞不存在一樣秸讹，這就是黑洞的隱身術(shù)。?
更有趣的是雅倒，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球璃诀，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見(jiàn)這顆恒星的“臉”蔑匣，還同時(shí)看到它的“側(cè)面”劣欢、甚至“后背”，這是宇宙中的“引力透鏡”效應(yīng)裁良。
這張紅外波段圖像拍攝的是我們所居住銀河系的中心部位凿将，所有銀河系的恒星都圍繞銀心部位可能存在的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞公轉(zhuǎn)。 據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)報(bào)道价脾，一項(xiàng)新的研究顯示牧抵，宇宙中最大質(zhì)量的黑洞開(kāi)始快速成長(zhǎng)的時(shí)期可能比科學(xué)家原先的估計(jì)更早，并且仍在加速成長(zhǎng)侨把。
一個(gè)來(lái)自以色列特拉維夫大學(xué)的天文學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)犀变，宇宙中最大質(zhì)量黑洞的首次快速成長(zhǎng)期出現(xiàn)在宇宙年齡約為12億年時(shí)，而非之前認(rèn)為的20~40億年秋柄。天文學(xué)家們估計(jì)宇宙的年齡約為138.2億年获枝。
同時(shí)，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)宇宙中最古老华匾、質(zhì)量最大的黑洞同樣具有非秤沉眨快速的成長(zhǎng)。有關(guān)這一發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)情況發(fā)表在《天體物理學(xué)報(bào)》雜志上蜘拉。
如果黑洞足夠大，宇航員會(huì)開(kāi)始覺(jué)察到拉著他腳的重力比拉著他頭的重力更強(qiáng)大有鹿，這種吸引力拖著他無(wú)情地向下落旭旭，重力差會(huì)迅速加大而將他撕裂（拉伸線），最終他的遺體會(huì)被分解而落入黑洞那無(wú)限致密核心葱跋。
普金斯基和他的兩個(gè)學(xué)生艾哈邁德·艾姆哈里持寄、詹姆斯·薩利源梭，加上該校的另一位弦理論學(xué)家唐納德·馬洛夫一起，對(duì)這一事件進(jìn)行了重新計(jì)算稍味。根據(jù)他們的計(jì)算废麻，卻呈現(xiàn)出完全不同的另一番場(chǎng)景：量子效應(yīng)會(huì)把事件視界變成沸騰的粒子大漩渦，任何東西掉進(jìn)去都會(huì)撞到一面火焰墻上而被瞬間烤焦模庐。
美國(guó)宇航局有關(guān)一個(gè)超大質(zhì)量黑洞及其周圍物質(zhì)盤烛愧，炙熱的物質(zhì)團(tuán)（一個(gè)呈粉紅色，一個(gè)呈黃色）每一個(gè)的體積都與太陽(yáng)相當(dāng)掂碱，環(huán)繞距離黑洞較近的軌道運(yùn)行怜姿。科學(xué)家認(rèn)為所有大型星系中心都存在超大質(zhì)量黑洞疼燥。黑洞一直在吞噬被稱之為“活躍星系核”的物質(zhì)沧卢。由于被明亮并且溫度極高的下落物質(zhì)盤環(huán)繞，黑洞的質(zhì)量很難確定醉者。根據(jù)刊登在《自然》雜志上的一篇研究論文但狭，基于對(duì)繞黑洞運(yùn)行物質(zhì)旋轉(zhuǎn)速度的計(jì)算結(jié)果，37個(gè)已知星系中心黑洞的質(zhì)量實(shí)際上低于此前的預(yù)計(jì)撬即。
有人質(zhì)疑黑洞是否存在熟空？
一位美國(guó)理論物理學(xué)家經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算得出結(jié)論——黑洞根本就不存在。相關(guān)論文分別發(fā)表在著名的預(yù)印本網(wǎng)站ArXiv和《物理快報(bào)B》雜志上搞莺。
“得出這個(gè)結(jié)論后息罗，即便我本人都感到十分震撼〔挪祝”提出這一理論的美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校理論物理學(xué)教授勞拉·梅爾西尼—霍頓這樣描述自己的感受迈喉。她說(shuō)：“科學(xué)家們研究這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)超過(guò)了50年，而這個(gè)解決方案給了我們?cè)S多新的思考温圆“っ”
1974年，霍金通過(guò)量子力學(xué)的方法得出結(jié)論：黑洞不僅能夠吸收黑洞外的物質(zhì)岁歉，同樣也能以熱輻射的方式向外“吐出”物質(zhì)得运。而這種量子力學(xué)現(xiàn)象，就被稱為霍金輻射锅移。
物理學(xué)家組織網(wǎng)2014年9月25日（北京時(shí)間）報(bào)道稱熔掺，新研究中梅爾西尼—霍頓描述了一種全新的方案。她和霍金都同意非剃，當(dāng)恒星因自身的引力發(fā)生坍塌時(shí)會(huì)產(chǎn)生霍金輻射置逻。但梅爾西尼—霍頓認(rèn)為，發(fā)出這種輻射后备绽，恒星的質(zhì)量也會(huì)不斷地發(fā)生損失券坞。正因?yàn)槿绱索薮撸?dāng)這些恒星坍縮時(shí)就不可能達(dá)到形成黑洞所必須的質(zhì)量密度。她認(rèn)為恨锚，垂死的恒星在發(fā)生最后一次膨脹后宇驾，就會(huì)爆炸，然后消亡猴伶，奇點(diǎn)永遠(yuǎn)不會(huì)形成课舍，黑洞視界也不會(huì)出現(xiàn)。根本就不會(huì)存在像黑洞這樣的東西蜗顽。
其實(shí)早在今年年初布卡，霍金就曾通過(guò)論文指出在經(jīng)典理論中黑洞是不存在的，他承認(rèn)自己最初有關(guān)視界的認(rèn)識(shí)是有缺陷的雇盖，并提出了新的“灰洞”理論忿等。該理論認(rèn)為，物質(zhì)和能量在被黑洞困住一段時(shí)間以后崔挖，又會(huì)被重新釋放到宇宙中贸街。
黑洞這一定義在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間推測(cè)后，已經(jīng)慢慢被人們所接受狸相。然而霍金今年年初發(fā)文否認(rèn)黑洞的存在薛匪，取而代之提出了“灰洞”理論，這在物理學(xué)界掀起了不小的波瀾脓鹃。如今逸尖，梅爾西尼—霍頓直截了當(dāng)?shù)胤Q“根本就不會(huì)存在像黑洞這樣的東西”，這無(wú)疑成為又一枚重磅炸彈——盡管梅爾西尼—霍頓遠(yuǎn)不及霍金出名瘸右。當(dāng)然娇跟，想以一己之力推翻既有的理論并不那么容易，需要更多有說(shuō)服力的證據(jù)加以佐證太颤。
根據(jù)黑洞本身的物理特性質(zhì)量苞俘，角動(dòng)量，電荷劃分龄章，可以將黑洞分為五類吃谣。
不旋轉(zhuǎn)不帶電荷的黑洞：它的時(shí)空結(jié)構(gòu)于1916年由史瓦西求出，稱史瓦西黑洞做裙。
不旋轉(zhuǎn)帶電黑洞：稱R-N黑洞岗憋。時(shí)空結(jié)構(gòu)于1916至1918年由賴斯納（Reissner）和納自敦（Nordstrom）求出。
旋轉(zhuǎn)不帶電黑洞：稱克爾黑洞菇用。時(shí)空結(jié)構(gòu)由克爾于1963年求出澜驮。
一般黑洞：稱克爾-紐曼黑洞。時(shí)空結(jié)構(gòu)于1965年由紐曼求出惋鸥。
雙星黑洞：與其他黑洞彼此之間相互繞轉(zhuǎn)的黑洞杂穷。
轉(zhuǎn)動(dòng)且?guī)щ姾傻暮诙矗凶隹藸?-紐曼黑洞卦绣。這種結(jié)構(gòu)的黑洞視界和無(wú)限紅移面會(huì)分開(kāi)耐量，而且視界會(huì)分為兩個(gè)（外視界r+和內(nèi)視界r-），無(wú)限紅移面也會(huì)分裂為兩個(gè)（rs+和rs-） 滤港。外視界和無(wú)限紅移面之間的區(qū)域叫做能層廊蜒，有能量?jī)?chǔ)存在那里。越過(guò)外無(wú)限紅移面的物體仍有可能逃離黑洞溅漾，這是因?yàn)槟軐舆€不是單向膜區(qū)山叮。
（其中，M添履、J屁倔、Q分別代表黑洞的總質(zhì)量、總角動(dòng)量和總電荷暮胧。a=J/Mc為單位質(zhì)量角動(dòng)量）
單向膜區(qū)內(nèi)锐借，r為時(shí)間，s是空間往衷。穿過(guò)外視界進(jìn)入單向膜區(qū)得物體钞翔，將只能向前，穿過(guò)內(nèi)視界進(jìn)入黑洞內(nèi)部席舍。內(nèi)視界以里的區(qū)域不是單向膜區(qū)布轿，那里有一個(gè)“奇環(huán)”，也就是時(shí)間終止的地方来颤。物體可以在內(nèi)視界內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)汰扭，由于奇環(huán)產(chǎn)生斥力，物體不會(huì)撞上奇環(huán)脚曾，不過(guò)东且，奇環(huán)附近有一個(gè)極為有趣的時(shí)空區(qū)，在那里存在“閉合類時(shí)線”本讥，沿這種時(shí)空曲線運(yùn)動(dòng)的物體可以不斷地回到自己的過(guò)去珊泳。
宇宙中大部分星系，包括我們居住的銀河系的中心都隱藏著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞拷沸。這些黑洞質(zhì)量大小不一色查，大約99萬(wàn)～400億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。天文學(xué)家們通過(guò)探測(cè)黑洞周圍吸積盤發(fā)出的強(qiáng)烈輻射和熱量[2]推斷這些黑洞的存在撞芍。物質(zhì)在受到強(qiáng)烈黑洞引力下落時(shí)秧了，會(huì)在其周圍形成吸積盤盤旋下降，在這一過(guò)程中勢(shì)能迅速釋放序无，將物質(zhì)加熱到極高的溫度验毡，從而發(fā)出強(qiáng)烈輻射衡创。黑洞通過(guò)吸積方式吞噬周圍物質(zhì)，這可能就是它的成長(zhǎng)方式晶通。
這項(xiàng)最新的研究采用了全世界最先進(jìn)的地基觀測(cè)設(shè)施璃氢，包括位于美國(guó)夏威夷莫納克亞山頂，海拔4000多米處的北雙子座望遠(yuǎn)鏡狮辽，位于智利帕拉那山的南雙子座望遠(yuǎn)鏡一也，以及位于美國(guó)新墨西哥州圣阿古斯丁平原上的甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡。
觀測(cè)結(jié)果顯示喉脖，出現(xiàn)在宇宙年齡僅為12億年時(shí)的活躍黑洞椰苟，其質(zhì)量要比稍后出現(xiàn)的大部分大質(zhì)量黑洞質(zhì)量小9/10。但是它們的成長(zhǎng)速度非呈鬟矗快舆蝴，因而它們的質(zhì)量要比后者大得多。通過(guò)對(duì)這種成長(zhǎng)速度的測(cè)算菱皆，研究人員可以估算出這些黑洞天體之前和之后的發(fā)展路徑须误。
該研究小組發(fā)現(xiàn)，那些最古老的黑洞仇轻，即那些在宇宙年齡僅為數(shù)億年時(shí)便開(kāi)始進(jìn)入全面成長(zhǎng)期的黑洞京痢，它們的質(zhì)量?jī)H為太陽(yáng)的99到2000倍。研究人員認(rèn)為這些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恒星有關(guān)篷店。
天文學(xué)家們還注意到祭椰，在最初的12億年后，這些被觀測(cè)的黑洞天體的成長(zhǎng)期僅僅持續(xù)了2億到4億年疲陕。
這項(xiàng)研究是一個(gè)已持續(xù)9年的研究計(jì)劃的成果方淤。特拉維夫大學(xué)主持的這項(xiàng)研究旨在追蹤研究宇宙中最大質(zhì)量黑洞的演化，并觀察它們對(duì)宿主星系產(chǎn)生的影響蹄殃。
發(fā)現(xiàn)“超大”黑洞
2015年3月1日携茂，北京大學(xué)吳學(xué)兵教授等人在一個(gè)發(fā)光類星體里發(fā)現(xiàn)了一片質(zhì)量為太陽(yáng)120億倍的黑洞，并且該星體早在宇宙形成的早期就已經(jīng)存在诅岩』淇啵科學(xué)家稱，如此巨大的黑洞的形成無(wú)法用現(xiàn)有黑洞理論解釋吩谦。
該發(fā)現(xiàn)對(duì)2014年之前的宇宙形成理論帶出了挑戰(zhàn)鸳谜。至2015年的宇宙理論認(rèn)為，黑洞及其宿主星系的發(fā)展形態(tài)基本上是亙古不變的式廷。
德國(guó)麥克斯普蘭喀天文機(jī)構(gòu)的研究員布拉姆·維尼曼斯（BramVenemans）說(shuō)道咐扭，最新發(fā)現(xiàn)的黑洞體量相當(dāng)于太陽(yáng)的400億倍，科學(xué)家編號(hào)為S5 0014+81，比先前發(fā)現(xiàn)的同時(shí)期黑洞的總和還大出一倍蝗肪。而在銀河系的中央潛伏的黑洞比太陽(yáng)大20倍-500萬(wàn)倍袜爪。
1970年，美國(guó)的“自由”號(hào)人造衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了與其他射線源不同的天鵝座X-1穗慕，位于天鵝座X-1上的是一個(gè)比太陽(yáng)重30多倍的巨大藍(lán)色星球饿敲，該星球被一個(gè)重約10個(gè)太陽(yáng)的看不見(jiàn)的物體牽引著妻导。天文學(xué)家一致認(rèn)為這個(gè)物體就是黑洞逛绵，它就是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)黑洞。
1928年倔韭，薩拉瑪尼安·錢德拉塞卡（天體物理學(xué)家）到英國(guó)劍橋跟英國(guó)天文學(xué)家阿瑟·愛(ài)丁頓爵士（一位宣講相對(duì)論的物理家）學(xué)習(xí)术浪。錢德拉塞卡意識(shí)到，泡利不相容原理所能提供的排斥力有一個(gè)極限寿酌。恒星中的粒子的最大速度差被相對(duì)論限制為光速胰苏。這意味著，恒星變得足夠緊致之時(shí)醇疼，由不相容原理引起的排斥力就會(huì)比引力的作用小硕并。錢德拉塞卡計(jì)算出；一個(gè)大約為太陽(yáng)質(zhì)量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力秧荆。（這質(zhì)量稱為錢德拉塞卡極限）前蘇聯(lián)科學(xué)家列夫·達(dá)維多維奇·蘭道幾乎在同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)論倔毙。
如果一顆恒星的質(zhì)量比錢德拉塞卡極限小，它最后會(huì)停止收縮并終于變成一顆半徑為幾千英里和密度為每立方英寸幾百噸的“白矮星”乙濒。白矮星是它物質(zhì)中電子之間的不相容原理排斥力所支持的陕赃。第一顆被觀察到的是繞著夜空中最亮的恒星——天狼星轉(zhuǎn)動(dòng)的那一顆。
蘭道指出颁股，對(duì)于恒星還存在另一可能的終態(tài)么库。其極限質(zhì)量大約也為太陽(yáng)質(zhì)量的一倍或二倍，但是其體積甚至比白矮星還小得多甘有。這些恒星是由中子和質(zhì)子之間诉儒，而不是電子之間的不相容原理排斥力所支持。所以它們被叫做中子星亏掀。它們的半徑只有10英里左右忱反，密度為每立方英寸幾億噸。在中子星被第一次預(yù)言時(shí)幌氮，并沒(méi)有任何方法去觀察它缭受，很久以后它們才被觀察到。
另一方面该互，質(zhì)量比錢德拉塞卡極限還大的恒星在耗盡其燃料時(shí)米者，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的問(wèn)題：在某種情形下吻商，它們會(huì)爆炸或拋出足夠的物質(zhì)刑棵，使自己的質(zhì)量減少到極限之下，以避免災(zāi)難性的引力坍縮，不管恒星有多大庸论，這總會(huì)發(fā)生。愛(ài)丁頓拒絕相信錢德拉塞卡的結(jié)果肴掷。愛(ài)丁頓認(rèn)為块蚌，一顆恒星不可能坍縮成一點(diǎn)。這是大多數(shù)科學(xué)家的觀點(diǎn)：愛(ài)因斯坦自己寫了一篇論文蒲祈，宣布恒星的體積不會(huì)收縮為零甘萧。其他科學(xué)家，尤其是他以前的老師梆掸、恒星結(jié)構(gòu)的主要權(quán)威——愛(ài)丁頓的敵意使錢德拉塞卡拋棄了這方面的工作扬卷，轉(zhuǎn)去研究諸如恒星團(tuán)運(yùn)動(dòng)等其他天文學(xué)問(wèn)題。然而酸钦，他獲得1983年諾貝爾獎(jiǎng)怪得，至少部分原因在于他早年所做的關(guān)于冷恒星的質(zhì)量極限的工作。
錢德拉塞卡指出卑硫，泡利不相容原理不能夠阻止質(zhì)量大于錢德拉塞卡極限的恒星發(fā)生坍縮徒恋。但是，根據(jù)廣義相對(duì)論欢伏，這樣的恒星會(huì)發(fā)生什么情況呢入挣。這個(gè)問(wèn)題被一位年輕的美國(guó)人羅伯特·奧本海默于1939年首次解決。然而颜懊，他所獲得的結(jié)果表明财岔，用當(dāng)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡去觀察不會(huì)再有任何結(jié)果。以后河爹，因第二次世界大戰(zhàn)的干擾匠璧，奧本海默卷入到原子彈計(jì)劃中去。戰(zhàn)后咸这，由于大部分科學(xué)家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去夷恍，因而引力坍縮的問(wèn)題被大部分人忘記了。
1967年媳维，劍橋的一位研究生約瑟琳·貝爾發(fā)現(xiàn)了天空發(fā)射出無(wú)線電波的規(guī)則脈沖的物體酿雪，這對(duì)黑洞的存在的預(yù)言帶來(lái)了進(jìn)一步的鼓舞。起初貝爾和她的導(dǎo)師安東尼·赫維許以為侄刽，他們可能和我們星系中的外星文明進(jìn)行了接觸指黎。在宣布他們發(fā)現(xiàn)的討論會(huì)上，他們將這四個(gè)最早發(fā)現(xiàn)的源稱為L(zhǎng)GM1－4州丹，LGM表示“小綠人”（“Little Green Man”）的意思醋安。最終他們和所有其他人的結(jié)論是這些被稱為脈沖星的物體杂彭，事實(shí)上是旋轉(zhuǎn)的中子星，這些中子星由于在黑洞這個(gè)概念剛被提出的時(shí)候吓揪，共有兩種光理論：一種是牛頓贊成的光的微粒說(shuō)亲怠；另一種是光的波動(dòng)說(shuō)。由于量子力學(xué)的波粒二象性柠辞，光既可認(rèn)為是波团秽，也可認(rèn)為是粒子。在光的波動(dòng)說(shuō)中叭首，不清楚光對(duì)引力如何響應(yīng)习勤。但是如果光是由粒子組成的，人們可以預(yù)料放棒，它們正如同炮彈姻报、火箭和行星那樣受引力的影響。起先人們以為间螟，光粒子無(wú)限快地運(yùn)動(dòng)，所以引力不可能使之慢下來(lái)损肛，但是羅麥關(guān)于光速度有限的發(fā)現(xiàn)表明引力對(duì)之可有重要效應(yīng)厢破。
1783年，劍橋的學(xué)監(jiān)約翰·米歇爾在這個(gè)假定的基礎(chǔ)上治拿，在《倫敦皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇文章摩泪。他指出，一個(gè)質(zhì)量足夠大并足夠緊致的恒星會(huì)有如此強(qiáng)大的引力場(chǎng)劫谅，以致于連光線都不能逃逸——任何從恒星表面發(fā)出的光见坑，還沒(méi)到達(dá)遠(yuǎn)處即會(huì)被恒星的引力吸引回來(lái)。米歇爾暗示捏检，可能存在大量這樣的恒星荞驴，雖然會(huì)由于從它們那里發(fā)出的光不會(huì)到達(dá)我們這兒而使我們不能看到它們，但我們?nèi)匀豢梢愿械剿鼈兊囊Φ奈饔霉岢恰＿@正是我們稱為黑洞的物體熊楼。[11]
事實(shí)上，因?yàn)楣馑偈枪潭ǖ哪芊福增昶谂ｎD引力論中將光類似炮彈那樣處理不嚴(yán)謹(jǐn)。（從地面發(fā)射上天的炮彈由于引力而減速踩晶，最后停止上升并折回地面执泰；然而，一個(gè)光子必須以不變的速度繼續(xù)向上渡蜻，那么牛頓引力對(duì)于光如何發(fā)生影響术吝。）在1915年愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論之前，一直沒(méi)有關(guān)于引力如何影響光的協(xié)調(diào)的理論，之后這個(gè)理論對(duì)大質(zhì)量恒星的含意才被理解顿苇。
觀察一個(gè)恒星坍縮并形成黑洞時(shí)峭咒，因?yàn)樵谙鄬?duì)論中沒(méi)有絕對(duì)時(shí)間，所以每個(gè)觀測(cè)者都有自己的時(shí)間測(cè)量纪岁。由于恒星的引力場(chǎng)凑队，在恒星上某人的時(shí)間將和在遠(yuǎn)處某人的時(shí)間不同。假定在坍縮星表面有一無(wú)畏的航天員和恒星一起向內(nèi)坍縮幔翰，按照他的表漩氨，每一秒鐘發(fā)一信號(hào)到一個(gè)繞著該恒星轉(zhuǎn)動(dòng)的空間飛船上去。在他的表的某一時(shí)刻遗增，譬如11點(diǎn)鐘叫惊，恒星剛好收縮到它的臨界半徑，此時(shí)引力場(chǎng)強(qiáng)到?jīng)]有任何東西可以逃逸出去做修，他的信號(hào)再也不能傳到空間飛船了霍狰。當(dāng)11點(diǎn)到達(dá)時(shí)，他在空間飛船中的伙伴發(fā)現(xiàn)饰及，航天員發(fā)來(lái)的一串信號(hào)的時(shí)間間隔越變?cè)介L(zhǎng)蔗坯。但是這個(gè)效應(yīng)在10點(diǎn)59分59秒之前是非常微小的。在收到10點(diǎn)59分58秒和10點(diǎn)59分59秒發(fā)出的兩個(gè)信號(hào)之間燎含，他們只需等待比一秒鐘稍長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間宾濒，然而他們必須為11點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)等待無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間。按照航天員的手表屏箍，光波是在10點(diǎn)59分59秒和11點(diǎn)之間由恒星表面發(fā)出绘梦；從空間飛船上看，那光波被散開(kāi)到無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間間隔里赴魁。在空間飛船上收到這一串光波的時(shí)間間隔變得越來(lái)越長(zhǎng)卸奉，所以恒星來(lái)的光顯得越來(lái)越紅、越來(lái)越淡尚粘，最后择卦，該恒星變得如此之朦朧，以至于從空間飛船上再也看不見(jiàn)它郎嫁，所余下的只是空間中的一個(gè)黑洞秉继。然而，此恒星繼續(xù)以同樣的引力作用到空間飛船上泽铛，使飛船繼續(xù)繞著所形成的黑洞旋轉(zhuǎn)尚辑。
但是由于以下的問(wèn)題，使得上述情景不是完全現(xiàn)實(shí)的盔腔。離開(kāi)恒星越遠(yuǎn)則引力越弱杠茬，所以作用在這位無(wú)畏的航天員腳上的引力總比作用到他頭上的大月褥。在恒星還未收縮到臨界半徑而形成事件視界之前，這力的差就已經(jīng)將航天員拉成意大利面條那樣瓢喉，甚至將他撕裂!然而宁赤，在宇宙中存在質(zhì)量大得多的天體，譬如星系的中心區(qū)域栓票，它們?cè)馐艿揭μs而產(chǎn)生黑洞决左；一位在這樣的物體上面的航天員在黑洞形成之前不會(huì)被撕開(kāi)。事實(shí)上走贪，當(dāng)他到達(dá)臨界半徑時(shí)佛猛，不會(huì)有任何異樣的感覺(jué)，甚至在通過(guò)永不回返的那一點(diǎn)時(shí)坠狡，都沒(méi)注意到继找。但是，隨著這區(qū)域繼續(xù)坍縮逃沿，只要在幾個(gè)鐘頭之內(nèi)婴渡，作用到他頭上和腳上的引力之差會(huì)變得如此之大，以至于再將其撕裂感挥。
黑洞吞噬中子星
羅杰·彭羅斯在1965年和1970年之間的研究指出缩搅，根據(jù)廣義相對(duì)論，在黑洞中必然存在無(wú)限大密度和空間——時(shí)間曲率的奇點(diǎn)触幼。這和時(shí)間開(kāi)端時(shí)的大爆炸相當(dāng)類似，只不過(guò)它是一個(gè)坍縮物體和航天員的時(shí)間終點(diǎn)而已究飞。在此奇點(diǎn)置谦，科學(xué)定律和預(yù)言將來(lái)的能力都失效了。然而亿傅，任何留在黑洞之外的觀察者媒峡，將不會(huì)受到可預(yù)見(jiàn)性失效的影響，因?yàn)閺钠纥c(diǎn)出發(fā)的不管是光還是任何其他信號(hào)都不能到達(dá)葵擎。這令人驚奇的事實(shí)導(dǎo)致羅杰·彭羅斯提出了宇宙監(jiān)督猜測(cè)谅阿，它可以被意譯為：“上帝憎惡裸奇點(diǎn)〕曷耍”換言之签餐，由引力坍縮所產(chǎn)生的奇點(diǎn)只能發(fā)生在像黑洞這樣的地方，在那兒它被事件視界體面地遮住而不被外界看見(jiàn)盯串。嚴(yán)格地講氯檐，這是所謂弱的宇宙監(jiān)督猜測(cè)：它使留在黑洞外面的觀察者不致受到發(fā)生在奇點(diǎn)處的可預(yù)見(jiàn)性失效的影響，但它對(duì)那位不幸落到黑洞里的可憐的航天員卻是愛(ài)莫能助体捏。
廣義相對(duì)論方程存在一些解冠摄，這些解使得我們的航天員可能看到裸奇點(diǎn)糯崎。他也許能避免撞到奇點(diǎn)上去，而穿過(guò)一個(gè)“蟲洞”來(lái)到宇宙的另一區(qū)域河泳∥帜兀看來(lái)這給空間——時(shí)間內(nèi)的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是拆挥，所有這些解似乎都是非常不穩(wěn)定的薄霜；最小的干擾，譬如一個(gè)航天員的存在就會(huì)使之改變竿刁，以至于他還沒(méi)能看到此奇點(diǎn)黄锤，就撞上去而結(jié)束了他的時(shí)間。換言之食拜，奇點(diǎn)總是發(fā)生在他的將來(lái)鸵熟，而從不會(huì)在過(guò)去。強(qiáng)的宇宙監(jiān)督猜測(cè)是說(shuō)负甸，在一個(gè)現(xiàn)實(shí)的解里流强，奇點(diǎn)總是或者整個(gè)存在于將來(lái)（如引力坍縮的奇點(diǎn)），或者整個(gè)存在于過(guò)去（如大爆炸）呻待。因?yàn)樵诮咏闫纥c(diǎn)處可能旅行到過(guò)去打月，所以宇宙監(jiān)督猜測(cè)的某種形式的成立是大有希望的。
事件視界蚕捉，也就是空間——時(shí)間中不可逃逸區(qū)域的邊界奏篙，正如同圍繞著黑洞的單向膜：物體，譬如不謹(jǐn)慎的航天員迫淹，能通過(guò)事件視界落到黑洞里去秘通，但是沒(méi)有任何東西可以通過(guò)事件視界而逃離黑洞。（記住事件視界是企圖逃離黑洞的光的空間——時(shí)間軌道敛熬，沒(méi)有任何東西可以比光運(yùn)動(dòng)得更快）人們可以將詩(shī)人但丁針對(duì)地獄入口所說(shuō)的話恰到好處地用于事件視界：“從這兒進(jìn)去的人必須拋棄一切希望肺稀。”任何東西或任何人一旦進(jìn)入事件視界应民，就會(huì)很快地到達(dá)無(wú)限致密的區(qū)域和時(shí)間的終點(diǎn)话原。
廣義相對(duì)論預(yù)言，運(yùn)動(dòng)的重物會(huì)導(dǎo)致引力波的輻射诲锹，那是以光的速度傳播的空間——時(shí)間曲率的漣漪繁仁。引力波和電磁場(chǎng)的漣漪光波相類似，但是要探測(cè)到它則困難得多辕狰。就像光一樣改备，它帶走了發(fā)射它們的物體的能量。因?yàn)槿魏芜\(yùn)動(dòng)中的能量都會(huì)被引力波的輻射所帶走蔓倍，所以可以預(yù)料悬钳，一個(gè)大質(zhì)量物體的系統(tǒng)最終會(huì)趨向于一種不變的狀態(tài)盐捷。（這和扔一塊軟木到水中的情況相當(dāng)類似，起先翻上翻下折騰了好一陣默勾，但是當(dāng)漣漪將其能量帶走碉渡，就使它最終平靜下來(lái)。）例如母剥，繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的地球即產(chǎn)生引力波滞诺。其能量損失的效應(yīng)將改變地球的軌道，使之逐漸越來(lái)越接近太陽(yáng)环疼，最后撞到太陽(yáng)上习霹，以這種方式歸于最終不變的狀態(tài)。在地球和太陽(yáng)的情形下能量損失率非常小——大約只能點(diǎn)燃一個(gè)小電熱器炫隶， 這意味著要用大約1千億億億年地球才會(huì)和太陽(yáng)相撞淋叶，沒(méi)有必要立即去為之擔(dān)憂！地球軌道改變的過(guò)程極其緩慢伪阶，以至于根本觀測(cè)不到煞檩。但幾年以前，在稱為PSR1913+16（PSR表示“脈沖星”栅贴，一種特別的發(fā)射出無(wú)線電波規(guī)則脈沖的中子星）的系統(tǒng)中觀測(cè)到這一效應(yīng)斟湃。此系統(tǒng)包含兩個(gè)互相圍繞著運(yùn)動(dòng)的中子星，由于引力波輻射檐薯，它們的能量損失凝赛，使之相互以螺旋線軌道靠近。
在恒星引力坍縮形成黑洞時(shí)坛缕，運(yùn)動(dòng)會(huì)更快得多哄酝，這樣能量被帶走的速率就高得多。所以不用太長(zhǎng)的時(shí)間就會(huì)達(dá)到不變的狀態(tài)祷膳。人們會(huì)以為它將依賴于形成黑洞的恒星的所有的復(fù)雜特征——不僅僅它的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而且恒星不同部分的不同密度以及恒星內(nèi)氣體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)屡立。如果黑洞就像坍縮形成它們的原先物體那樣變化多端直晨，一般來(lái)講，對(duì)之作任何預(yù)言都將是非常困難的膨俐。
然而勇皇，加拿大科學(xué)家外奈·伊斯雷爾在1967年使黑洞研究發(fā)生了徹底的改變。他指出焚刺，根據(jù)廣義相對(duì)論敛摘，非旋轉(zhuǎn)的黑洞必須是非常簡(jiǎn)單、完美的球形乳愉；其大小只依賴于它們的質(zhì)量兄淫，并且任何兩個(gè)這樣的同質(zhì)量的黑洞必須是等同的屯远。事實(shí)上，它們可以用愛(ài)因斯坦的特解來(lái)描述捕虽，這個(gè)解是在廣義相對(duì)論發(fā)現(xiàn)后不久的1917年卡爾·施瓦茲席爾德找到的慨丐。一開(kāi)始，許多人（其中包括伊斯雷爾自己）認(rèn)為泄私，既然黑洞必須是完美的球形房揭，一個(gè)黑洞只能由一個(gè)完美球形物體坍縮而形成。所以晌端，任何實(shí)際的恒星從來(lái)都不是完美的球形只會(huì)坍縮形成一個(gè)裸奇點(diǎn)捅暴。
然而，對(duì)于伊斯雷爾的結(jié)果咧纠，一些人蓬痒，特別是羅杰·彭羅斯和約翰·惠勒提倡一種不同的解釋。他們論證道惧盹，牽涉恒星坍縮的快速運(yùn)動(dòng)表明乳幸，其釋放出來(lái)的引力波使之越來(lái)越近于球形，到它終于靜態(tài)時(shí)钧椰，就變成準(zhǔn)確的球形粹断。按照這種觀點(diǎn)，任何非旋轉(zhuǎn)恒星嫡霞，不管其形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜瓶埋，在引力坍縮之后都將終結(jié)于一個(gè)完美的球形黑洞，其大小只依賴于它的質(zhì)量诊沪。這種觀點(diǎn)得到進(jìn)一步的計(jì)算支持养筒，并且很快就為大家所接受。
伊斯雷爾的結(jié)果只處理了由非旋轉(zhuǎn)物體形成的黑洞端姚。1963年晕粪，新西蘭人羅伊·克爾找到了廣義相對(duì)論方程的描述旋轉(zhuǎn)黑洞的一族解。這些“克爾”黑洞以恒常速度旋轉(zhuǎn)渐裸，其大小與形狀只依賴于它們的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)的速度巫湘。如果旋轉(zhuǎn)為零，黑洞就是完美的球形昏鹃，這解就和施瓦茲席爾德解一樣尚氛。如果有旋轉(zhuǎn)，黑洞的赤道附近就鼓出去（正如地球或太陽(yáng)由于旋轉(zhuǎn)而鼓出去一樣）洞渤，而旋轉(zhuǎn)得越快則鼓得越多阅嘶。由此人們猜測(cè)，如將伊斯雷爾的結(jié)果推廣到包括旋轉(zhuǎn)體的情形载迄，則任何旋轉(zhuǎn)物體坍縮形成黑洞后讯柔，將最后終結(jié)于由克爾解描述的一個(gè)靜態(tài)抡蛙。
黑洞是科學(xué)史上極為罕見(jiàn)的情形之一，在沒(méi)有任何觀測(cè)到的證據(jù)證明其理論是正確的情形下磷杏，作為數(shù)學(xué)的模型被發(fā)展到非常詳盡的地步溜畅。的確，這經(jīng)常是反對(duì)黑洞的主要論據(jù)：怎么能相信一個(gè)其依據(jù)只是基于令人懷疑的廣義相對(duì)論的計(jì)算的對(duì)象呢?然而极祸，1963年慈格，加利福尼亞的帕羅瑪天文臺(tái)的天文學(xué)家馬丁·施密特測(cè)量了在稱為3C273（即是劍橋射電源編目第三類的273號(hào)）射電源方向的一個(gè)黯淡的類星體的紅移。他發(fā)現(xiàn)引力場(chǎng)不可能引起這么大的紅移——如果它是引力紅移遥金，這類星體必須具有如此大的質(zhì)量浴捆，并離地球如此之近，以至于會(huì)干擾太陽(yáng)系中的行星軌道稿械。這暗示此紅移是由宇宙的膨脹引起的选泻，進(jìn)而表明此物體離地球非常遠(yuǎn)。由于在這么遠(yuǎn)的距離還能被觀察到美莫，它必須非常亮页眯，也就是必須輻射出大量的能量。人們會(huì)想到厢呵，產(chǎn)生這么大量能量的唯一機(jī)制看來(lái)不僅僅是一個(gè)恒星窝撵，而是一個(gè)星系的整個(gè)中心區(qū)域的引力坍縮。人們還發(fā)現(xiàn)了許多其他類星體襟铭，它們都有很大的紅移碌奉。但是它們都離開(kāi)地球太遠(yuǎn)了，所以對(duì)之進(jìn)行觀察太困難寒砖，以至于不能赐劣。
看清黑洞磁場(chǎng)
科學(xué)家認(rèn)為，黑洞引擎是由磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的哩都。借助事件視界望遠(yuǎn)鏡（Event Horizon Telescope魁兼，EHT），天文學(xué)家在我們銀河系中心超大黑洞事件視界的外側(cè)探測(cè)到了磁場(chǎng)漠嵌。發(fā)現(xiàn)在靠近黑洞的某些區(qū)域是混亂的璃赡，有著雜亂的磁圈和渦漩，就像攪在一起的意大利面献雅。相反，其他區(qū)域的磁場(chǎng)則有序得多塌计，可能是物質(zhì)噴流產(chǎn)生的區(qū)域挺身。還發(fā)現(xiàn)，黑洞周邊的磁場(chǎng)在短至15分鐘的時(shí)間段內(nèi)都會(huì)發(fā)生明顯變化锌仅。
2015年3月章钾，霍金對(duì)黑洞理論進(jìn)行了修改墙贱，宣稱黑洞實(shí)際上是“灰色的”。新“灰洞”理論稱贱傀，物質(zhì)和能量被黑洞困住一段時(shí)間后惨撇，又會(huì)被重新釋放到宇宙中。
2016年1月府寒，霍金同物理學(xué)家馬爾科姆·佩里魁衙、安德魯·施特羅明格提出了新理論：讓信息“逃逸”的黑洞裂口由“柔軟的帶電毛發(fā)”組成，它們是位于視界線上的光子和引力子組成的粒子株搔，這些能量極低甚至為零的粒子能捕獲并存儲(chǔ)落入黑洞的粒子的信息剖淀。
2017年12月7日，美國(guó)卡耐基科學(xué)研究所科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有史以來(lái)最遙遠(yuǎn)的超大質(zhì)量黑洞纤房，其質(zhì)量是太陽(yáng)的8億倍
2017年4月5日纵隔，據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志在線版消息稱，“地球大小”的望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)備“穿透星系的心臟”炮姨。它由全球各地的8個(gè)射電觀測(cè)臺(tái)組成捌刮，模擬出一臺(tái)具有行星規(guī)模的天文設(shè)備。這組巨大的天文設(shè)備名為“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）舒岸，其囊括了位于西班牙绅作、美國(guó)和南極等地的射電望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡目標(biāo)最終指向距離地球25000光年的人馬座A*黑洞以及M87星系黑洞吁津。前者是位于銀河系中心一個(gè)亮度極高且致密的無(wú)線電波源棚蓄，屬于人馬座A星系的一部分，星系的“心臟”就是超大質(zhì)量黑洞的所在碍脏，它也被看作研究黑洞物理的最佳對(duì)象梭依；而M87星系核心的黑洞質(zhì)量，估計(jì)可能會(huì)達(dá)到30億至64億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量典尾。一直以來(lái)役拴，人們對(duì)這兩個(gè)神秘的目標(biāo)都缺乏清晰詳盡的數(shù)據(jù)。
美國(guó)東部時(shí)間2019年4月10日9時(shí)（北京時(shí)間10日21時(shí)）钾埂，全球多地天文學(xué)家同步公布了黑洞“真容”河闰。該黑洞位于室女座一個(gè)巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬(wàn)光年褥紫，質(zhì)量約為太陽(yáng)的65億倍姜性。它的核心區(qū)域存在一個(gè)陰影，周圍環(huán)繞一個(gè)新月?tīng)罟猸h(huán)髓考。愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論被證明在極端條件下仍然成立部念。
一個(gè)由美國(guó)、英國(guó)、意大利和奧地利科學(xué)家組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)儡炼，根據(jù)先前的研究和通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的模擬妓湘，發(fā)現(xiàn)黑洞、引力波和暗物質(zhì)均具有分形幾何特征乌询。有專家認(rèn)為榜贴，這一重大發(fā)現(xiàn)將導(dǎo)致對(duì)天文學(xué)甚至物理學(xué)諸多不同領(lǐng)域的深刻認(rèn)識(shí)。
黑洞是宇宙空間內(nèi)存在的一種密度無(wú)限大妹田、體積無(wú)限小的天體唬党，所有的物理定理遇到黑洞都會(huì)失效；它是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而“死亡”后秆麸，發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的初嘹。當(dāng)黑洞“打嗝”時(shí)，就意味著有某個(gè)天體被黑洞“吞噬”沮趣，黑洞依靠吞噬落入其中物質(zhì)“成長(zhǎng)”屯烦；當(dāng)黑洞“進(jìn)食”大量物質(zhì)時(shí)，就會(huì)有高速等離子噴流從黑洞邊緣逃逸而出房铭∽す辏科學(xué)家利用流體動(dòng)力學(xué)和引力相關(guān)理論并通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬后得出結(jié)論——“進(jìn)食”正在成長(zhǎng)過(guò)程中的黑洞，將會(huì)使其形成分形表面缸匪。
“黑洞”一詞命名者翁狐、美國(guó)著名物理學(xué)家約翰·惠勒教授曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：今后誰(shuí)不熟悉分形幾何，誰(shuí)就不能被稱為科學(xué)上的文化人凌蔬。中國(guó)著名學(xué)者周海中教授曾經(jīng)指出：分形幾何不僅展示了數(shù)學(xué)之美露懒，也揭示了世界的本質(zhì)，從而改變了人們理解自然奧秘的方式砂心；可以說(shuō)分形幾何是真正描述大自然的幾何學(xué)懈词，對(duì)它的研究也極大地拓展了人類的認(rèn)知疆域”绲可見(jiàn)坎弯，分形幾何有著極其重要的科學(xué)地位。
黑洞是宇宙中最神秘的自然現(xiàn)象译暂。它為什么具有分形幾何特征抠忘，其原因現(xiàn)在還是一個(gè)謎。
幾十年來(lái)宇宙學(xué)家一直對(duì)黑洞會(huì)摧毀制造它的資料的問(wèn)題所困擾外永。黑洞是由它的質(zhì)量崎脉、能量、旋轉(zhuǎn)所定位伯顶。
假如是這樣那就無(wú)法知道最先是什么讓它產(chǎn)生的荧嵌。另一方面量子力學(xué)說(shuō)資料永遠(yuǎn)會(huì)被保存呛踊，而且你可以用那些資料重建它的過(guò)去。
史蒂芬·霍金讓這問(wèn)題加大啦撮，當(dāng)他說(shuō)黑洞會(huì)漏輻射。黑洞會(huì)漏輻射到摧毀自己汪厨，然后唯一可以知道它是由什么產(chǎn)生的只有在那些輻射的資料里面可以找到赃春。
在2004年霍金說(shuō)他錯(cuò)了，而是否黑洞會(huì)儲(chǔ)存資料的辯論就從此沒(méi)有停止過(guò)劫乱。布法羅大學(xué)的博士生AnshulSaini說(shuō)黑洞釋放出的輻射（也稱作霍金輻射）并不像霍金想的那么隨意织中。
Siani說(shuō)要了解跑進(jìn)洞里的資料，你不只需要看霍金輻射釋放出的粒子衷戈，你還需要看它們?nèi)绾位?yīng)狭吼。這包括引力與粒子傳送光給對(duì)方的方式。他說(shuō)“這些關(guān)聯(lián)一開(kāi)始很小殖妇，但會(huì)隨著時(shí)間成長(zhǎng)刁笙。”
Saini的監(jiān)督者DejanStojkovic博士說(shuō)“這些關(guān)聯(lián)在計(jì)算中時(shí)常被忽略因?yàn)樗鼈兒苄”徽J(rèn)為不會(huì)有很大的影響谦趣。我們的計(jì)算顯示這些關(guān)聯(lián)一開(kāi)始很小疲吸，但隨著時(shí)間它會(huì)成長(zhǎng)大到可以影響結(jié)果∏岸欤”
許多物理學(xué)家們都做出了結(jié)論說(shuō)黑洞里的資料一定會(huì)留下摘悴，所以可以讓我們回顧那些資料，但他們理論的基礎(chǔ)是用資料保存的廣義論舰绘。
霍金自己跟其他人想要展示一個(gè)觀察者如何可以得到那些資料的方法并沒(méi)有很大的說(shuō)服力蹂喻。
實(shí)際上要了解制造一個(gè)黑洞的成分幾乎是不可能的任務(wù)。任何觀察者都會(huì)需要收集照射到不同方向的粒子捂寿。
還需要收集讓這互動(dòng)成型的介質(zhì)像是光子和引力子口四。不過(guò)對(duì)于宇宙學(xué)家這可能性是小事，真正重要的是守恒律有被保存者蠕。
黑洞的存在部分地證實(shí)了它的預(yù)言窃祝。在宇宙中存在幾百萬(wàn)個(gè)黑洞，它的存在總是需要起到一些作用的踱侣。如果要想徹底揭開(kāi)黑洞之謎粪小，還需時(shí)間，這也意味著給予有關(guān)人類終極命運(yùn)的思索一個(gè)明確的答案抡句。
德國(guó)馬克斯普朗克核物理研究所和赫爾姆霍茨柏林中心的研究人員使用柏林同步加速器（BESSY Ⅱ）在實(shí)驗(yàn)室成功產(chǎn)生了黑洞周邊的等離子體探膊。通過(guò)該研究，之前只能在太空由人造衛(wèi)星執(zhí)行的天文物理實(shí)驗(yàn)待榔，也可以在地面進(jìn)行逞壁，諸多天文物理學(xué)難題有望得到解決流济。黑洞的重力很大，會(huì)吸附一切物質(zhì)腌闯。進(jìn)入黑洞后绳瘟，任何東西都不可能從黑洞的邊界之內(nèi)逃逸出來(lái)。隨著被吸入的物體的溫度不斷升高姿骏，會(huì)產(chǎn)生核與電子分離的高溫等離子體糖声。
黑洞吸附物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生X射線，X射線反過(guò)來(lái)又會(huì)刺激其中的大量化學(xué)元素發(fā)射出具有獨(dú)特線條（顏色）的X射線分瘦。分析這些線條可以幫助科學(xué)家了解更多有關(guān)黑洞附近等離子體的密度蘸泻、速度和組成成分等信息。
在這個(gè)過(guò)程中嘲玫，鐵起了非常關(guān)鍵的作用悦施。盡管鐵在宇宙中的儲(chǔ)量并不如更輕的氫和氦豐富，但是去团，它能夠更好地吸收和重新發(fā)射出X射線抡诞，發(fā)射出的光子因此也比其他更輕的原子發(fā)射出的光子具有更高的能量、更短的波長(zhǎng)（使得其具有不同的顏色）渗勘。
鐵發(fā)射出的X射線在穿過(guò)黑洞周圍的介質(zhì)時(shí)也會(huì)被吸收沐绒。在這個(gè)所謂的光離化過(guò)程中，鐵原子通常會(huì)經(jīng)歷幾次電離旺坠，其包含的26個(gè)電子中有超過(guò)一半會(huì)被去除乔遮，最終產(chǎn)生帶電離子，帶電離子聚集成為等離子體取刃，研究人員可以在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)了這個(gè)過(guò)程蹋肮。
實(shí)驗(yàn)的核心是馬克斯普朗克核物理研究所設(shè)計(jì)的電子束離子阱。在這個(gè)離子阱中璧疗，鐵原子經(jīng)由一束強(qiáng)烈的電子束加熱坯辩，從而被離子化14次。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：一團(tuán)鐵離子（僅僅幾厘米長(zhǎng)并且像頭發(fā)絲一樣北老馈）在磁場(chǎng)和電場(chǎng)的作用下被懸停在一個(gè)超高真空內(nèi)漆魔，同步加速器發(fā)射出的X射線的光子能量被一臺(tái)精確性超高的“單色儀”挑選出來(lái)，作為一束很薄但卻集中的光束施加到鐵離子上却音。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)量到的光譜線與錢德拉X射線天文臺(tái)和牛頓X射線多鏡望遠(yuǎn)鏡所觀測(cè)的結(jié)果相匹配改抡。也就是說(shuō)，研究人員在地面實(shí)驗(yàn)室人為制造出了太空中的黑洞等離子體系瓢。
這種新奇的方法將帶電離子的離子阱和同步加速器輻射源結(jié)合在一起阿纤，讓人們可以更好地了解黑洞周圍的等離子體或者活躍的星系核。研究人員希望夷陋，將EBIT分光檢查鏡和更清晰的第三代（2009年開(kāi)始在德國(guó)漢堡運(yùn)行的同步輻射源PETRAⅢ）欠拾、第四代（X射線自由電子激光XFEL）X射線源結(jié)合胰锌，將能夠給該研究領(lǐng)域帶來(lái)更多新鮮活力。
2005年3月藐窄，美國(guó)布朗大學(xué)物理教授‘霍拉蒂·納斯塔西’在地球上制造出了第一個(gè)“人造黑洞“资昧。美國(guó)紐約布魯克海文實(shí)驗(yàn)室1998年建造了20世紀(jì)全球最大的粒子加速器，將金離子以接近光速對(duì)撞而制造出高密度物質(zhì)荆忍。雖然這個(gè)黑洞體積很小榛搔，卻具備真正黑洞的許多特點(diǎn)。紐約布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室里的相對(duì)重離子碰撞機(jī)东揣，可以以接近光速的速度把大型原子的核子（如金原子核子）相互碰撞，產(chǎn)生相當(dāng)于太陽(yáng)表面溫度3億倍的熱能腹泌。納斯塔西在紐約布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室里利用原子撞擊原理制造出來(lái)的灼熱火球嘶卧，具備天體黑洞的顯著特性。比如：火球可以將周圍10倍于自身質(zhì)量的粒子吸收凉袱，這比所有量子物理學(xué)所推測(cè)的火球可吸收的粒子數(shù)目還要多芥吟。
人造黑洞的設(shè)想最初由加拿大“不列顛哥倫比亞大學(xué)”的威廉·昂魯教授在20世紀(jì)80年代提出，他認(rèn)為聲波在流體中的表現(xiàn)與光在黑洞中的表現(xiàn)非常相似专甩，如果使流體的速度超過(guò)聲速钟鸵，那么事實(shí)上就已經(jīng)在該流體中建立了一個(gè)人造黑洞。然而涤躲，利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足夠的引力棺耍，除了光線外，它們無(wú)法像真正的黑洞那樣“吞下周圍的所有東西”种樱。然而蒙袍，納斯塔西教授制造的人造黑洞已經(jīng)可以吸收某些其他物質(zhì)。因此嫩挤，這被認(rèn)為是黑洞研究領(lǐng)域的重大突破害幅。
