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奇妙无比的黑洞！

即使不熟悉天文学的人大概也都听到过“黑洞”这个名称。这种天体“能够吸入一切东西，而且被吸入的东西绝不可能再逃出来”；它“具有能够使光线弯曲的巨大引力”。这些已经是广为人知的黑洞的性质，认真想来，实在是太“反常”了。

黑洞这种天体，它的巨大质量全部聚集于一点（奇点）。在这个奇点的周围有一个连光也不可能逃出去的区域。这个区域的边界是一个球面，叫做“事件视界”。这里，我们就来看一看在一个黑洞附近会发生的种种奇妙事情。在现实中有这样的天体，真是不可思议！

图. 在我们所在的银河系内难道就有许多黑洞？

横越夜空的那条朦胧的亮带“天河”，是我们从内部看到的银河系的样子，其中有多达1000亿颗以上的恒星。在夏夜的天空中看见的天河的一部分，“天鹅座X-1”，据认为是一个为太阳质量9倍及以上的黑洞。位于银河系中心位置的那个“人马座A^*”，据认为是一个高达太阳质量约400万倍的超大质量黑洞。

黑洞的存在主要是通过观测X射线和射电波（无线电波）检测出来的。由于X射线到达不了地面，需要到大气层外利用天文观测卫星进行观测。至今，无论用射电波还是X射线，都不是直接观测黑洞本身。

为什么说“存在着黑洞”？

我们在前面介绍了黑洞的种种奇妙的性质，那么，科学家为什么会坚持认为应该存在着这样一种不可思议的天体呢？事实上，黑洞不过是使用排除法筛除掉其他天体的可能性之后而“只得认定其存在”的一种天体。

18世纪末被预言有可能存在的一种“隐藏的天体”

黑洞本来是理论所预言的一种天体。关于引力的两个理论—牛顿的万有引力定律和爱因斯坦的广义相对论—各自都通过推理得到了这样的“计算结果”。

先是18世纪末的科学家根据牛顿的万有引力定律设想过一种“连光也无法从那里脱逃的天体”。换句话说，他们设想的是一种绝不会向外释放光的天体。那其实就是最早的黑洞概念。

位于一个天体表面的物体，天体的密度（质量÷体积）越大，物体受到该天体的引力（在地球表面，这就是常说的“重力”）就越大。这就是说，天体的质量越大，体积越小，在它表面上的物体受到的引力就越大。发射火箭就利用了这个原理。位于一个天体表面的物体（例如火箭），只要速度足够大，它就能够克服引力脱离该天体，逃向宇宙空间。按照这样的思路，同样体积的天体如果质量非常大，或者同样质量的天体如果体积非常小，它的引力就会变得非常大，有可能大到即使具有光的速度也无法从该天体脱逃出去。

1916年，相对论也预言有“隐藏的天体”

后来，有科学家根据广义相对论的基本方程—爱因斯坦方程进行计算，也作出了有可能存在着这种“隐藏的天体”的预言。爱因斯坦在1915〜1916年完成的广义相对论是比牛顿的万有引力定律更加精确和正确的一种引力理论。

上述预言是德国的一位叫做卡尔·施瓦西（1873〜1916）的数学家在求解爱因斯坦方程时得到的一个解。他所得到的这个解的物理意义如下：“当质量集中在一个非常小的区域时，时空弯曲会达到极限，变成一个连光也不可能逃逸出去的区域”。例如计算表明，如果挤压太阳使之发生坍缩，最终就会形成一个半径只有约3公里的连光也不可能逃逸出去的区域。

而且施瓦西的计算结果还表明，在光也不能逃逸的那个区域的中心有一个点，那里的引力和密度都为“无穷大”。密度为无穷大的状态，简直无法想象。事实上，在无穷大的点（奇点）上，所有的物理定律都不再成立。所以，当时的大多数科学家在相当一段时间都不认为宇宙中会存在着具有奇点和其他奇特性质的这种黑洞。

（本文发表于《科学世界》2012年第8期）