分类：教育/科学-理工学科-天文学
问题：黑洞是一个星体吗？ 
回答：“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。　　根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。　　等恒星的半径小到一特定值（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。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。　　那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。　　我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。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。　　质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。　　这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(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。　　与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。　　在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。　　更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！　　“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。   霍金：关于黑洞我可能弄错了     黑洞并非“完全吞食”　　据《每日电讯报》报道，7月21日，在爱尔兰都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上，英国传奇科学家斯蒂芬·霍金教授将宣布他对宇宙黑洞的最新研究结果：黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样，对其周遭的一切“完全吞食”，事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息实际上可能会在某个时候释放出来。 　　宇宙学家相信，太空中有许多类型的黑洞，从质量相当于一座山的小黑洞，到位于星系中央的超级黑洞，不一而足。科学家过去认为，从巨大的星体到星际尘埃等，一旦掉进去，就再不能逃出，就连光也不能“幸免于难”。而霍金教授关于黑洞的最新研究有可能打破这一结论。经过长时间的研究，他发现，一些被黑洞吞没的物质随着时间的推移，慢慢地从黑洞中“流淌”出来。 　　霍金关于黑洞的这一新理论解决了关于黑洞信息的一个似是而非的观点，他的剑桥大学的同行都为此兴奋不已。过去，黑洞一直被认为是一种纯粹的破坏力量，而现在的最新研究表明，黑洞在星系形成过程中可能扮演了重要角色。 　　自认“黑洞悖论”错误 　　1976年，霍金称自己通过计算得出结论，他认为黑洞在形成过程中，其质量减少的同时还不断在以能量的形式向外界发出辐射。这就是著名的“霍金辐射”理论。但是，理论中提到的黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息，一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后，其中的所有信息就都随之消失了。这便是所谓的“黑洞悖论”。 　　这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。近30年来，霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示，黑洞中量子运动是一种特殊情况，由于黑洞中的引力非常强烈，量子力学在此时已经不再适用了。但是霍金的这种说法并没有得到科学界众多持怀疑态度学者的信服。 　　如今，霍金终于给了这个当年自相矛盾观点一个更具有说服力的答案。霍金称，黑洞从来都不会完全关闭自身，他们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量，随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。  　　新成果令人振奋 　　尽管这一重大研究成果还没有公开以论文的形式发表，已经在学术界引起了轩然大波。霍金在剑桥大学的同事、著名的物理理论学家马尔科姆·佩里博士表示，“霍金在这次研讨会上提出的观点也许是一种可行的解决方案。但是具体是否能得到最终认可，我看还需要由大家说了算。”但他认为，霍金最新的研究成果将可以和30年前发表的“霍金辐射”相媲美。 　　另一位物理学家科特·卡特勒在接受《新科学家》杂志的访问时说：“霍金发出了一个信息，他似乎在说‘我已经解决了黑洞理论中的矛盾之处，我想就此发表一些新的看法’。但是我们作为该信息的接受者，预先却并没有看到任何有关的书面阐述。作为对霍金本人的尊重，根据他的名誉，我只能暂且先接受这种说法。”科学家们都期待着明天的学术会议上，霍金教授对他全新成果的完整阐释。 　　新理论有待证实 　　对于霍金教授抛出的黑洞新论，本报记者采访了我国黑洞研究专家，北京师范大学的赵峥教授。赵教授说，目前霍金关于黑洞的最新研究成果只有媒体消息，学术论文还没有发表，所以这一新的理论还有待证实。专家指出，上世纪70年代，霍金提出的“黑洞热辐射”理论是20世纪最杰出的理论物理成就之一，但当时这一理论的一些观点受到了量子物理学者的质疑，科学家们认为被黑洞“吞掉”的物质的信息最终将会随黑洞一起消失，在量子物理的角度上是无法解释的。为此，30年来学术界一直存在着争论，此次霍金提出的新观点―――黑洞在某一时间，将会把它吞掉的信息释放出来，从表面上看弥补了他以前理论的缺陷，但是这也不足以肯定这一理论就是正确的。赵教授解释，物质所包含的信息并不像质量或能量一样具有守恒的性质，因此霍金此前的信息消失理论并不是完全无法接受的。 　　赵峥教授强调，目前由于霍金的学术论文还没有发表，一切都难有定论。对于1974年提出的“霍金辐射”理论，在学术界得到了广泛的肯定，这一理论为黑洞研究做出了杰出的贡献，霍金教授也因此受到学术界的推崇，但他的新理论是否正确还要经过多方的验证。对于黑洞的研究也如是，从最初提出黑洞概念至今已经有200多年的历史，上世纪60年代开始的黑洞研究热潮也已经持续了近半个世纪，但时至今日黑洞仍然还是一个谜，人们相信黑洞的存在，期待着有一天能够彻底破解黑洞之谜。 　　■原始新闻 　　英国科学家斯蒂芬·霍金将在下周于爱尔兰举行的一次国际会议上介绍他的一个新观点，黑洞似乎并非吞噬一切，它会让其中的一些信息逃逸出来。这与他近三十年前提出的黑洞摧毁陷入其中的所有物质的看法出现矛盾。霍金表示，他以前可能错了。 　　虽然他尚未公布新发现的有关细节，但从此前他在剑桥大学研讨会的发言中，却可了解大致轮廓。据参加过这次研讨会的物理学家加里·吉本斯说，霍金现在所说的黑洞与传统的黑洞不同，它没有将里面的一切隐藏起来的一个明确的视界（黑洞边界）。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。据本报七月十六日消息 　　■链接 　　最古老的黑洞 　　今年6月，美国科学家称，他们发现了距地球非常遥远的星系中的一个古老的黑洞，形成时间在127亿年前，即在形成宇宙的大爆炸之后大约1亿年。因此科学家为之惊奇，它如何在如此“短暂”的时间内，就聚集了如此大量的物质成为黑洞。 　　这个黑洞是科学家迄今所知的最古老的黑洞，科学家将它命名为Q0906＋6930，它的重量是银河系所有恒星的总和，体积大到装下我们1000个太阳系还有余。领导该项研究的美国斯坦福大学天文学副教授罗杰·罗马尼说：“这个黑洞在宇宙还十分年轻时就形成了，而且它的巨大体积，很让我们吃惊。像这样巨大的黑洞很少见。” 　　黑洞是人类肉眼无法看见的，科学家只能通过测量它附近发射出的X射线和伽马射线，来确定它的存在，并测量它对位于它附近的星体的引力效应来确定它的质量。但是这个巨大黑洞如此之远，科学家找不到它附近适当星体。罗杰·罗马尼说，科学家计划进一步测量位于它附近的发射出的X射线和伽马射线，对它进行精确的测量。 　　黑洞怎样形成 　　想象一颗具有10倍太阳质量的恒星。在它的大约10亿年寿命的大部分时间里，该恒星在其中心把氢转化成氦而产生热。释放出的能量会产生足够的压力，以支持该恒星去抵抗自身的引力，这就产生了半径约为太阳半径5倍的物体。从这种恒星表面的逃逸速度大约是每秒1000公里。也就是说，一个以小于每秒1000公里的速度从该恒星表面点火垂直上升的物体，会被恒星的引力场拖曳回到表面上来，而具有更大速度的物体会逃逸到无穷远去。 　　当恒星耗尽其核能，那就没有东西可维持其向外的压力，恒星就由于自身的引力开始坍缩。随着恒星收缩，表面上的引力场就变得越来越强大，而逃逸速度就会增加。当它的半径缩小到30公里，其逃逸速度就增加到每秒30万公里，也就是光的速度。从此以后，任何从该恒星发出的光都不能逃逸到无穷远，而只能被引力场拖曳回来。根据狭义相对论，没有东西可能比光旅行得更迅速。这样，如果光都不能逃逸，别的东西就更不可能。 　　黑洞还会“唱歌” 　　天文学家在去年发现黑洞也会“唱歌”。不过，黑洞发出的天籁之音凡人的耳朵根本无法欣赏。它过于低沉，频率只有人耳所能听到的最低声音的上千万亿分之一，是迄今在宇宙中探测到的最低沉的声音。 　　英国剑桥天文学研究所的一个小组，利用美国宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜，探测到了英仙座星系团中央一个超大质量黑洞所发出的声波。这个星系团距离地球约2．5亿光年。“钱德拉”望远镜共观测到这个黑洞产生的多道声波波纹。天文学家们分析后发现，这些波纹间相隔1000万年的周期。也就是说，该黑洞发出的声波每1000万年振动一周。据此，天文学家们推算出了黑洞“歌声”的音调等特征。 　　天文学家们说，如果用音乐术语来表述，这个黑洞发出的是降B音。它与钢琴上比键盘中央C音略高的最近一个降B音键的声音音名相同，但音高却低了57个八度，或者说频率只及钢琴发出的降B音的约300万亿分之一。