杭州市地铁集团官网:黑洞是什么意思

黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小，热量无限大的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不可见。

黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。

1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。

扩展资料：

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，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体，同时也压缩了内部的空间和时间。

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，连中子间的排斥力也无法阻挡。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。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。

当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料，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，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。

黑洞这一定义在经过漫长的时间推测后，已经慢慢被人们所接受。然而霍金今年年初发文否认黑洞的存在，取而代之提出了“灰洞”理论，这在物理学界掀起了不小的波澜。如今，梅尔西尼—霍顿直截了当地称“根本就不会存在像黑洞这样的东西”，这无疑成为又一枚重磅炸弹——尽管梅尔西尼—霍顿远不及霍金出名。当然，想以一己之力推翻既有的理论并不那么容易，需要更多有说服力的证据加以佐证。

科学家认为，黑洞引擎是由磁场驱动的。借助事件视界望远镜，天文学家在我们银河系中心超大黑洞事件视界的外侧探测到了磁场。发现在靠近黑洞的某些区域是混乱的，有着杂乱的磁圈和涡漩，就像搅在一起的意大利面。相反，其他区域的磁场则有序得多，可能是物质喷流产生的区域。还发现，黑洞周边的磁场在短至15分钟的时间段内都会发生明显变化。

参考链接：百度百科-黑洞

黑洞是一种非常神秘的天体。它的体积很小，但密度却大得惊人，每立方厘米就有几百亿吨甚至更高。由于它的密度大，所以引力也特别强大。不管什么东西，只要被它吸进去，就别想“爬”出来，连跑得最快的光也逃脱不掉黑洞的巨大引力。

由于黑洞本身不发光，所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞。尽管如此，大多数科学家仍相信，宇宙中有着许许多多黑洞。当大质量的恒星演化到晚年，经过超新星爆发，就有可能坍缩成黑洞。在宇宙早期，也会形成一些小黑洞。小黑洞的体积只有原子核那么大，质量和一座山差不多，达到上亿吨，里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站。
黑洞就像一个谜，没有人能看见它。但黑洞强大的吸引力会影响它附近的天体，这些天体在被黑洞吸引、吞没的过程中，会发射出X射线或γ射线，而一旦落入黑洞，便无影无踪。科学家就是通过观测这些射线，发现了黑洞的蛛丝马迹。例如，天鹅座X—1的伴星可能就是一个黑洞。还有科学家认为，银河系的中心也存在一个巨大的黑洞。

恒星的质量，用M ⊙作为单位，代表是太阳质量的多少倍。如果一个恒星的
质量小于等于10-3M ⊙，那么恒星就表现为行星的样子，其中静电力为主导，恒
星不会塌缩，在自己的燃料都消耗完后，成为一个真正意义上的行星。如果质量
比10-3M ⊙大，但是没有超过钱德拉塞卡极限：14 M⊙，那么引力就占主导，而
且恒星在它的晚年成为一个白矮星，继续消耗着自己的燃料。当燃料也消耗光了，
那么白矮星就结晶为一个黑矮星，继续存在着，做几乎完全的刚体运动。质量比
1.4 M ⊙大的恒星的命运就比较坎坷了。如果在在晚年爆发为红巨星的时候，将
过多的物质喷射出去，那么它将进入白矮星坟墓。如果喷射的物质不够多，那么
就会在爆发为红巨星后，迅速塌缩为一个白矮星，然后在极其短的时间内继续塌
缩下去，冲破电子简并压的极限，终结在中子星的坟墓中。中子星比白矮星更加
致密，也更加接近刚体。如果质量比2 M ⊙大许多，在爆发的时候喷射掉物质后
的质量仍然比2 M ⊙大，那么它将成为一个黑洞。

在白矮星和中子星系列中，原本恒星的电磁场的能量将保持不变，同时由于
表面积的缩小，磁力线会被挤压在一个十分小范围中，从而增加了磁场的强度。

脉冲星和超新星就是中子星和中子星和喷射出的物质的残留。

但是到了黑洞范围中，情况就不一样了。

在中子星和白矮星中，磁力线还是存在的，但是在黑洞内部，不存在磁力线。

所有的磁力线都被束缚在了视界上（膜规范）。不单单是磁力线，连恒星原
本的电荷都是类似电子一样完全均匀地分布在整个视界上的。向外发射的磁力线
在黑洞没有旋转的时候，和电子周围的电磁场分布一样，完全球对称。在黑洞旋
转的时候，由于视界成为了椭球，因而发生了相应的形变。但是整体上，黑洞和
基本粒子的电磁场分布几乎完全一样。

黑洞的视界周长与黑洞的质量成正比关系：，这里用周长而不用物体到黑洞
中心的距离，是因为如果黑洞存在，那么在黑洞周围的时空必定已经被黑洞的引
力拉成了非欧几里德的，而是黎曼的了。因而距离的概念已经没有了必要，视界
周长和轨道的周长取而代之，用来描述黎曼时空几何的弯曲程度。由于这里的时
空是弯曲的，因此牛顿的万有引力定律已经失效了，取而代之的是爱因斯坦的场
方程。我们这里仅仅使用其中的结果：

从这个公式，我们可以得到一个描述潮汐力（就是物体在相对接近和远离的
两个部位受到的引力的差）的公式：，其中的l 就是这两个部位之间的距离。

从这个公式，我们又可以知道什么呢？我们知道的是，当物体接近视界时，
物体所受到的潮汐力反比于黑洞质量的平方！也就是说，黑洞越重，那么它的潮
汐力越柔和！但是必须注意的是：我们这里说的潮汐力，而不是引力。潮汐力是
引力引起的物体两端的引力差。无论什么黑洞，他的引力是保持巨大无比不会变
的，变的是引力的变化率，以及这个变化率引起的潮汐力。

这里说的是黑洞的外部，现在来看看黑洞的内部。

在黑洞的内部，是量子理论的天下，相对论仅仅指明了一个模糊的方向，而
具体潮汐力、引力如何，是量子理论决定的。

在这里，奇点的混沌效应使得一切计算都是徒劳的，我们不可能知道潮汐力
在什么方向上以多大的力是拉还是压一个物体。我们可以做的，仅仅是说明一下，
质量越大的黑洞，内部的量子效应越柔和；距离奇点越远，你受到的平均潮汐力
越柔和。至于细节，我们无能为力。

但是也不是什么都不能说。

我们通过概率的计算，可以知道，在奇点周围，视界内的空间，随机的潮汐
力总在三个方向上不断交替地、比较有周期地来回拉扯、挤压着物体。这种力在
离奇点越近的地方越显著。在奇点这个位置，这种潮汐力的强度、变化周期都达
到了无限大，物体被完全撕裂了。

理论上，我们可以在一个质量十分大的黑洞中，十分舒服的来到距离奇点一
个特定的范围，期间，从你落入黑洞到达到这个位置，可能需要数十年的时间，
需要的时间与黑洞质量的平方成反比。

当然，即使是这样，物体在接近奇点，到达奇点周围的量子效应区域以后，
还是会被奇点的量子效应摧毁。但是无论黑洞的质量如何，奇点的量子效应的强
度是不会变的，因为奇点的“质量”是不变的。黑洞的质量在黑洞形成的同时，
其实已经被黑洞的奇点销毁了，但是由于引力的非线形效应，引力场的能量又形
成了引力场，从而使得引力场在黑洞内部不断叠加，因而使得黑洞被维持着没有
爆裂。由于一切引力效应来自引力的非线形，而黑洞的质量的贡献仅仅是决定了
这种非线形的程度，因而在奇点周围的量子效应的时空其实在任何质量的的黑洞
内部都是一样的。

奇点的量子效应，使得物体在到达奇点前先被越来越大的量子效应完全撕成
了小个体（大小由量子混沌潮汐力效应的强度决定），然后，一般在达到奇点以
前就已经整个被奇点的混沌潮汐力摧毁，成为了基本粒子。这些基本粒子如夸克
这样被强核力牢牢束缚着的基本粒子才可能熬到直接面临奇点的时候，但是即使
是强力，在巨大引力效应和量子混沌效应的作用下，还是难逃被支解的命运，成
为了纯粹的物质弦。随后可能通过史瓦西喉被抛到了外部空间，可能成为后来量
子蒸发的材料，可能形成了子宇宙，可能在奇点周围不断游荡，可能成为了纯粹
的能量，以潮汐力的形式继续存在，可能成为了纯能量以引力波的形式辐射掉，
可能……总之，形成黑洞的恒星被所形成的黑洞摧毁了，不在对黑洞的引力提供
任何贡献了。黑洞中引力的来源，在奇点形成以后，主要就是来自于引力的非线
形结构。这个会在下文介绍相对论的时候介绍到引力的非线形，在介绍到量子理
论的时候介绍到引力子的自作用。

当然，这个是量子引力——弯曲时空的量子场定律——所给的黑洞内部的描
写，但不是最终描写。物体在达到黑洞的时候可能会得到转机，可能在黑洞内部
真的存在史瓦西喉——虫洞；也许在你达到黑洞以前就会在一个转动黑洞周围被
撕裂的空间吸走；也许你在达到奇点时，会进入一个子宇宙，在时空组中荡漾…

宇宙在“大爆炸”之前也曾经历过聚变，那便是“宇宙蛋”形成的过程。而恒星呢？如果没有搞错，它也应该经历过一个聚变的过程——如大物质吸引小物质，小物质吸引更小的物质并最终形成白矮星、中子星和黑洞。黑洞是什么？如果没有搞错，黑洞应该是形成星云的史前物质，我们不妨把它理解为“星云蛋”。也就是说，与一般意义上的恒星相比，黑洞的层次更高。

什么意思呢？就是说，当黑洞演化到一定层次、规模的时候，它就不再是一颗简单的恒星，而很有可能聚合成星云的史前物质。也就是说，包括我们的银河系在内，也有自己的核心物质，而正是由于有这个核心物质的存在，才使得2000亿至4000亿颗恒星，能够聚集在一起并形成星云物质。

质量超大的恒星坍缩成的高密度的东西，因此引力很强连光也无法逃逸，所以看起来是黑的。