Simone
宇宙黑洞存在
宇宙黑洞:
斯皮策太空望远镜捕捉到的宇宙中隐藏黑洞的图片，其中黄色亮点表示一个内含“类星体”黑洞的遥远星系，它的外围被一层宇宙气体尘埃紧密环绕。
科技讯 近日国际天文学家通过美国宇航局斯皮策太空望远镜的一项最新观测结果，在宇宙中某一狭窄区域范围内，首次同时发现了多达21处却一直深度隐藏着的宇宙“类星体”黑洞群。
这一重大发现第一次从正面证实了多年来天文学领域有关宇宙中有数目众多的隐身黑洞广泛存在的推测。充分的证据使人们相信，在浩瀚的宇宙中，的确充满着各种各样未被发现的巨大引力源泉--"类星体"黑洞群体。有关该项最新发现的详细内容，研究人员已撰文正式刊登在了2005年8月4日出版的《自然》杂志中。
“深藏不露”的类星体
我们知道在现实中的宇宙黑洞，由于其巨大的引力作用，连光线都被紧密吸引束缚，因而无法被人们直接观测发现。为确定黑洞天体存在的证据，天文学家通过研究发现，在黑洞周围的物质行为具有其特定行为：在黑洞周围的宇宙空间中，气体物质具有超高的温度，并且在被黑洞强大引力场吸引剧烈加速后，这些物质在彻底消失之前均会被提升到接近光速。而当气体物质被黑洞彻底吞噬后，整个过程都会释放出大量的X-射线。通常正是这些逃逸出来的X-射线，显示出此处有黑洞确实存在的迹象。这便是以往人们发现黑洞的最直接证据。
而另一方面，在一些格外活跃的超大型宇宙黑洞周围，由于其对周边物质剧烈的吸引和吞噬行为，还会在黑洞星体外围产生一层厚重的宇宙气体和尘埃云层，这便进一步增大了对黑洞体附近区域的观测难度，阻碍了天文学家对这些超大黑洞存在的发现工作。天文学上将这些极度活跃的黑洞定义为"类星体"。普通情况下，一 个类星体平均一年总共吞噬的物质质量，相当于1000个中等恒星质量的总和。一般情况下，这些类星体距离太阳系都非常遥远，当我们观测到他们时已经是亿万年以后的现在，这说明此类黑洞的活动出现在宇宙诞生初期。科学家推定，这种黑洞正是在成长壮大中的宇宙星系前身，所以将其命名为"类星体"。
到目前为止，只有为数不多的几个"类星体"黑洞被发现，在浩瀚的宇宙深处，是否还有数量众多的其它类星体存在，仍有待人们进一步去发现，而天文学家在该领域的研究工作则完全依靠对宇宙内部X-射线的全面观测研究来予以证实。
“充满”了黑洞的宇宙
近日，来自英国牛津大学的阿里耶-马丁内兹-圣辛格教授在介绍其首次对宇宙间隐藏黑洞的发现时说，"从以往对宇宙X-射线的观察研究中，本希望能找到宇宙中大量隐藏类星体存在的证据，但结果确都不尽如人意，令人失望。"而近日根据美国宇航局NASA的斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)的最新观察结果，天文学家则成功穿透了遮蔽类星体黑洞的外围宇宙尘埃云层，捕捉到了其中一直暗藏不露的内部黑洞体。由于斯皮策太空望远镜能够有效收集能穿透宇宙尘埃层的红外光线，使得研究人员顺利地在一个非常狭窄的宇宙空间区域内，同时发现了数量多达21个早已存在却又"隐藏不露"的类星体黑洞群。
来自美国加州理工大学斯皮策科学中心的研究小组成员马克-雷斯在接受媒体访问时同时也表示，“如果我们抛开此次发现的21个宇宙类星体黑洞，放眼宇宙中的其它任何区域，我们完全可以大胆预测，必将有数量众多隐藏着的黑洞将会被陆续发现。这意味着，一如我们原先推测的那样，在不为人知的宇宙深处，一定有数量众多、质量超大的黑洞巨无霸，正借助着星际尘埃的隐蔽，在暗地里不断发展壮大着。”
宇宙黑洞包括物理黑洞和暗能量黑洞两种。物理黑洞有巨大的质量，但暗能量黑洞只有巨大的暗能量而没有巨大的质量。目前每个星系中心的黑洞都是暗能量黑洞。暗能量黑洞的引力与它内部的暗能量和它的旋转速度的乘积成正比，与它的体积成反比。
1.宇宙黑洞的研究现状
天文学家通过长期观测发现，在宇宙中有一些引力非常大却又看不到任何天体的区域，称之为黑洞。黑洞是位居宇宙空间和时间构造中的一些深不见底的类似井状的东西，具有极大的吸引力，包括光在内的任何物体都无法逃脱被吸入的命运。这就使得人们对于黑洞的研究变得异常困难：它既不向外散发能量，也不表现出任何形式的能量，人们根本无法看到它。因此，人们对于黑洞的研究就象是对一种看不见的东西进行研究。
科学家们认为，黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成，当一颗质量相当大的星体核能(氢)耗尽后，没有辐射压力去抵抗重力，平衡态不再存在时，这个星体将全面塌缩。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。根据科学家的计算，当中子星的总质量超过三倍太阳的质量时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。若其质量仍大于3个太阳质量时，那么连中子的气体压力也不能平衡重力，星体将继续塌缩至它的重力半径范围之内。这时，引力之大足以使一切粒子，包括光子，都被引回星体本身，不能外逸，就形成了引力极强的黑洞。黑洞可以吞噬附近的一切物质，它先将物质吸引到附近围绕它们高速旋转；随着转速的加快，物质变为炙热的等离子体，并逐渐靠近黑洞旋转中心；当它们最终接近黑洞时，就会被吞噬。
通常，黑洞是无法被发现的，但是也有例外：如果在它附近有气团，则会产生飞向黑洞的气流，于是气流也暴露了黑洞的位置。众所周知，在压缩时气体物质会被加热到几百万度，同时产生强烈的X射线辐射。用X射线观测望远镜就可以探测到黑洞的存在。2004年，著名的“钱德拉”X射线观测望远镜发现了一颗巨大黑洞的X射线，并将其命名为“SDSSpJ306”，它位于距离我们地球26亿光年的MS0735星团。天文学家通过对这些X射线和其所在星系的重力影响一起进行检测，推测它“出生”于127亿年前———而宇宙大爆炸发生在137亿年前。这说明，黑洞与星系同时演化，两者谁也不会单独主导早期宇宙中星体的快速诞生。 在此次观测中，天文学家们还在处于星系中心的“SDSSpJ306”黑洞的周围发现了许多新生星体，而且更多的星体正在形成之中。该发现给新出现的星系形成演化理论提供了重要的直接证据。
科学家们认为，黑洞是有质量的。黑洞一般被旋转的热气体圆盘所包围，这些热气体在以螺旋运动逐渐被黑洞吸收时会发出大量的电磁辐射。黑洞附近发光的氢原子谱线宽度与旋转速度有关。旋转速度越快，氢原子发出的谱线越宽，说明黑洞的质量越大。通过对氢原子谱线研究发现，“SDSSpJ306”黑洞有10亿个太阳重，所产生的能量更是太阳的20万亿倍。这个黑洞如此之大，以致它的引力作用范围大小与银河系相当。在这个黑洞吞噬星团的同时，还将一些热气体以射流形式喷还给宇宙，形成了两个巨大洞穴，每个洞穴的直径大约为65万光年。黑洞再次喷发出来的气体质量，相当于1万亿个太阳质量，这种喷射已经持续了1亿年之久。
黑洞有大有小。超巨黑洞的质量达到太阳的数百万甚至数十亿倍。小黑洞的质量与太阳基本处于一个数量级，主要由质量相当于太阳10倍左右的恒星发生超新星爆炸形成。超巨黑洞位于星系中心，据推测每个星系都有，质量一般约为星系总质量的0.5%。2002年10月，欧洲科学家宣布了银河系中心存在超巨黑洞的最佳证据。他们说，过去20年中，科学家们一直在观测银河系中心一些星体的活动情况，尤其对一颗名为S2的星体的运行轨道进行了跟踪研究，最终得出结论：S2附近确实存在一个巨型黑洞。质量是太阳7倍的S2，以每小时1.8亿公里的高速每15.2年绕银河系中心一周。之所以如此高速，是因为它周围存在黑洞，“害怕”被黑洞“吞噬”。经过计算，这一黑洞距地球2.6万光年，质量是太阳的370万倍。 银河系中心黑洞每年“食量”不足地球质量的1%。黑洞“食量”是根据它吞噬“食物”时发出X射线的强弱程度计算出来的。科学家还提出，如果黑洞获得了源源不断的“食物供给”，就可能从相对安静的状态中“醒来”，处于活跃状态中。
2.黑洞的种类
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以吞噬物体，从而形成黑洞。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。但物理黑洞的体积却非常小，它可以缩小到一个奇点。
3.暗能量黑洞的形成
根据科学家们的推算，宇宙大爆炸大约发生在137亿年以前。宇宙大爆炸之后，就形成了宇宙。它由两部分组成。一是由暗能量组成的世界，称之为黑暗世界；二是物质组成的世界，称之为物质世界。黑暗世界以旋涡场的形式存在，整个宇宙空间都被各种不同大小的旋涡场所充满。而物质世界则主要是以宇宙尘埃的形式存在,它们不均匀分布在各个旋涡场之中。在一个如星系般大小的旋涡场中，以Ep来表示宇宙尘埃绕它的旋涡中心运动的总动能。该旋涡场内的暗能量则分为两部分。一部分为旋涡中心的暗能量，以En1来表示。另一部分为旋涡中心之外的暗能量，用En2来表示。以En来表示星系的总暗能量，则有En=En1+En2。宇宙尘埃的运动是由暗能量来推动的。当En=Ep时，暗能量将全部转化为宇宙尘埃运动的动能。在这种情况下，旋涡场处于一种平衡状态，它既不收缩，也不膨胀。
下面分几种情况进行讨论。
(1).恒星的形成
当旋涡场内的宇宙尘埃很多时，Ep值比En大很多,即暗能量的旋转负荷太重。在旋涡场的旋转角速度不变的情况下，我们可以得到宇宙尘埃绕旋涡中心运动的总动能公式，如下所示：
Ep=MpVp2/2=Mp(ωR)2/2…………（6）
上式中，Vp为宇宙尘埃绕旋涡中心运动的平均速度，Mp为旋涡场中宇宙尘埃的总质量，ω为旋涡场的旋转角速度，R为宇宙尘埃到旋涡中心的平均距离。根据这条公式，当宇宙尘埃向旋涡中心靠近时，Ep值就会减少。当Ep值比En大很多时，旋涡场的转动负荷太重。在这种情况下，旋涡场必定收缩，宇宙尘埃必定向旋涡中心靠近，最后沉积到旋涡中心处变成沉积物。随着时间的推移，旋涡中心处的沉积物越来越多，最后变成了一颗恒星。恒星形成之后，当En=Ep时，其余的宇宙尘埃就再也不能沉积到旋涡中心。这些余下的宇宙尘埃就会在较小的旋涡场中形成围绕恒星运动的自转行星。
(2).星系的形成
当旋涡场很大,宇宙尘埃很多,En值与Ep相差不多时，旋涡场就处于一种平衡状态。在这种情况下，这些宇宙尘埃就无法靠近旋涡中心。这个大旋涡场中有无数个较小的旋涡场。象上述(1)所说的那样，每个小旋涡场形成一个恒星，无数个小旋涡场就会形成无数个恒星。这些小旋涡场都跟随大旋涡场旋转，由此而形成星系。
(3).宇宙旋涡的形成
当旋涡场内没有宇宙尘埃,即Ep=0时,旋涡场会不断地膨胀。当旋涡场内的宇宙尘埃很少时，它的总动能与暗能量相差太远，不足以阻止旋涡场的膨胀，结果，它会被旋涡场的旋转离心力抛出场外。到最后，旋涡场内将不存在任何宇宙尘埃。内部没有宇宙尘埃的旋涡场，它的旋转角速度是均匀的。旋涡场在离心力的作用下不断膨胀，它边缘的暗能量的运动速度也在不断增加。但当它的周围都有大小与它相差不多的旋涡场时，它的膨胀就会受阻。在这种情况下，旋涡场旋转的角速度以及暗能量运动的速度就相对稳定了下来，由此而形成一个不停地转动的宇宙旋涡。当星体顺着这种宇宙旋涡的旋转方向进入时，它就会被旋涡场的旋转之力弯转1800。接着，旋涡场用离心力推动它按原路返回。离开太阳系很远的慧星之所以能够返回太阳附近，所依赖的就是这种宇宙旋涡的力量。
(4).旋涡场的分类
我们把宇宙旋涡场按大小分为如下八种：
U旋涡场：又叫宇宙旋涡场，它的范围包括整个宇宙。
S旋涡场：又叫星糸团旋涡场，它的范围包括整个星糸团。
A旋涡场：又叫叫星系旋涡场，它的范围包括整个星系。
B旋涡场：又叫星团旋涡场，它的范围包括整个星团。
C旋涡场：又叫恒星旋涡场，它的范围被局限于恒星周围，包括所有行星的运行轨道。
D旋涡场：又叫行星旋涡场，它的范围被局限于行星周围，包括所有卫星的运行轨道。
E旋涡场：又叫卫星旋涡场，它的范围被局限于卫星周围。
F旋涡场：比E类旋涡场小的旋涡场。
(5).星系黑洞的形成
在每个星系的中心都有一个旋涡场，称之为星系旋涡中心。根据上述星系的形成原理，在它刚形成的时候，星系旋涡中心是没有宇宙尘埃的。在旋转离心力的作用下，它自然会向外膨胀。但在它的周围布满了很多大小与它相当的旋涡场，所以，它的膨胀受阻。各种旋涡场的旋转离心力在旋涡场边缘互相对抗，不断地进行对比和较量。经过很长一段时间之后，它们的对抗之力达到一种相对平衡状态。最后，星系旋涡中心的范围就被固定了下来。
由于星系旋涡中心是星系旋涡场的动力中心，所以，它内部贮藏的暗能量在星系中是最强大的。在强大暗能量的推动下，星系旋涡中心的旋转速度越来越快，暗能量在强大离心力的作用下不断地向旋涡中心的边缘集中，星系旋涡中心的中部地带的暗能量不断地被抽走，越来越少。最后，星系旋涡中心的内部就变成了一种真空状态，至此，它的旋转速度才能稳定下来。而星系旋涡中心的边缘就形成了一个由高速旋转的暗能量组成的圆盘，它把星系旋涡中心紧紧地包围了起来。这个高速旋转的圆盘带动周围的气体运动，使之发生激烈磨擦而发热，由此而变成了一个热气体圆盘。这个内部成为真空状态的星系旋涡中心就是一个暗能量黑洞，称之为星系黑洞。
星系黑洞被一个热气体圆盘所包围。这个圆盘的旋转速度有多大呢？在星系黑洞的形成过程中，它内部是没有质量的，即在旋涡中心内部不存在物质运动的动能。所以，它的虚拟质量为零。根据暗能量的动能公式En=MnVn2/2，当虚拟质量Mn=0时，圆盘中暗能量的速度Vn将达到无穷大。但实际上，宇宙黑洞会吸入物质，所以，圆盘的速度不可能达到无限大。将光子的性质与这个圆盘进行比较，两者的质量都接近零。由此类推，这个热气体圆盘的旋转速度应该接近光速。
由于星系黑洞是A旋涡场的旋转中心，所以我们又称之为A黑洞。
(6).星团黑洞
在星系中有很多B旋涡场。当B旋涡场内有很多宇宙尘埃，En值与Ep相差不多时，B旋涡场就处于一种平衡状态。在这种情况下，这些宇宙尘埃就无法靠近旋涡中心。B旋涡场内也有很多C旋涡场。象上述(1)所说的那样，每个C旋涡场形成一个恒星，很多C旋涡场就会形成很多恒星。这些恒星围绕B旋涡场的中心旋转，由此而形成一个星团。
在每个星团的中心都有一个旋涡场，称之为星团旋涡中心。很显然，星团旋涡中心内部是没有宇宙尘埃的。最后，它也象星系旋涡中心一样发展为一个暗能量黑洞，称之为星团黑洞。很显然，星团黑洞比星系黑洞小很多。星团黑洞的形成过程请参看第(5)部分内容。
由于星团黑洞是B旋涡场的旋转中心，所以我们又称之B黑洞。
(7).星系团黑洞
宇宙中有很多S旋涡场。当S旋涡场内聚集到很多星系时，就会形成一个星系团。产生星系团的条件是：星系绕星系团中心旋转的总动能约等于S类旋涡场的暗能量。在每个星系团的中心有一个旋涡场，称之为星系团旋涡中心。最后，它也象星系旋涡中心一样发展为一个暗能量黑洞，称之为星系团黑洞。由于它是S旋涡场的旋转中心，所以，又称之为S黑洞。星系团黑洞的形成过程请参看第(5)部分内容。
(8).宇宙中心黑洞
宇宙是一个大旋涡场，称之为U旋涡场。它的范围包括整个宇宙。所以，U旋涡场的中心就是宇宙的中心。在宇宙的中心有一个旋涡场，称之为宇宙中心旋涡场。最后，它也象星系旋涡中心一样发展为一个暗能量黑洞，称之为宇宙中心黑洞。由于它是U旋涡场的旋转中心，所以又称之为U黑洞。宇宙中心黑洞的形成过程请参看第(5)部分内容。
综上所述，暗能量黑洞分为四种类型，从大到小排列如下：U黑洞、S黑洞、A黑洞和B黑洞。U黑洞是宇宙中最大的黑洞，而且它是宇宙的旋转中心。
4.黑洞引力公式
根据上述理论，暗能量黑洞由如下两部分组成：一是热气体圆盘，二是被热气体圆盘所包围的宇宙真空。很显然，在热气体圆盘的内部和外部之间形成了一种压强差，它内部的压强比它外部低很多。我们用P1和P2分别来表示热气体圆盘的外部压强和内部压强，用P来表示它们的正压强差，则P=P1-P2。很显然，正压强的方向是从热气体圆盘的外部指向它的内部的。用V来表示热气体圆盘的旋转速度，用En1来表示它的暗能量。用L来表示黑洞的体积。则，我们可以得到如下公式：
P=KEn1V/L …………（7）
公式(7)中，K为一个比例系数，称之为暗能量黑洞的引力常数。公式(7)的意思是：黑洞内外的正压强差与黑洞内的暗能量和黑洞圆盘的旋转速度的乘积成正比，与黑洞的体积成反比。
当一个物体接触热气体圆盘时，两者之间就会产生一个接触面积，用S来表示。我们用F来表示黑洞对该物质的吸引力，则可得到如下公式：
F=PS=KSEn1V/L …………（8）
公式(8)就是黑洞对物体的引力公式。很显然，黑洞对物体的引力与物体的质量大小无关。对于巨大黑洞来说，它的暗能量非常强大，它的旋转速度接近光速。所以，这种黑洞的引力非常巨大。
黑洞吸引物体是有一个过程的。当物体在黑洞的周围但未接触黑洞的热气体圆盘时，物体被黑洞吸引的受力面积S=0，则黑洞对物体的引力F=0。它意味着，黑洞外部的物体运动与黑洞的引力无关。星系中所有的恒星都绕黑洞运动，是因为黑洞是星系旋涡场的旋转中心，而不是因为受到黑洞引力的作用。
当物体接触热气体圆盘时，它就会受到黑洞的引力。但刚接触时的引力很小，而圆盘周围的气流速度却非常大。在这种情况下，物体必然被圆盘气流带动，并跟随气流而去。随着物体与圆盘的接触面增大，黑洞对物体的引力也在增大。当黑洞对物体的引力比物体绕黑洞运动的离心力大时，它就会被吸入黑洞之中。这种情况表明，虽然黑洞的引力与物体的质量无关，但物体被黑洞引力吸入洞内的过程却与物体的质量有关。
在物体进入黑洞之后，该物体就会被黑洞内部的压强所包围。物体内部的压强与它在黑洞外部时的压强相等。所以，在物体的内部和外部之间就形成了一种压强差，根据公式(7)就可以求出它的值。正压强差的方向是从物体内部指向外部的，受力面积包括物体的全部表面。结果，物体的整个表面同时受到强横无比的拉力，在刹那之间它就会被这种强大的拉力撕得粉碎，最后变成了气态状。
当光子进入黑洞时，它也会被黑洞的引力所包围。光子内部的压强与它进入黑洞之前是一样。所以，在光子的内部和外部之间就会形成强横无比的压强差。结果，象上面所叙述的一样，在光子进入黑洞的刹那之间就会被黑洞的引力撕得粉碎。所以，在光子进入黑洞后，它是无法从黑洞中逃出来的。
结论：包括光子在内的任何物体，它们进入暗能量黑洞之后都会在刹那之间爆炸开来，变成气态状。
“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（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。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。
什么是黑洞？
就是在宇宙中有那么一些点，这些点的体积趋向于零而密度变得无穷大，由于具有强大的吸引力，物体只要进入离这个点一定距离的范围内，就会被这个强大的引力吸收掉，连光线也不例外。因此任何进入这个范围的物体都无法再逃出来，就是说，没有任何信号能够从这个范围内传出，因此这个范围的界限被称作视界，里面的情形人类无法看到。所以科学家给它起了个名字叫黑洞，英文就是black hole。
一颗燃烧尽了的恒星由于自身的重力而不断坍缩，最后就会形成黑洞。尽管关于黑洞的理论是正确的,但是科学家一直在寻找黑洞存在的证据
“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(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。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。
黑洞中隐匿着巨大的引力场，这种引力大到任何东西，甚至连光，都难逃黑洞的手掌心。黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。据猜测，黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。
因为黑洞是不可见的，所以有人一直置疑，黑洞是否真的存在。如果真的存在，它们到底在哪里？
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。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
为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界，我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说，适用于行星、恒星，也适用于黑洞。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说，说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之，广义相对论说物质弯曲了空间，而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。
让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先，考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的第四维（虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向，但我们可以尽力去想象）。其次，考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。
爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景：石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些，虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块，则将产生更大的效果，使床面下沉得更多。事实上，石头越多，弹簧床面弯曲得越厉害。
同样的道理，宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样，质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害得多。
如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动，它将沿直线前进。反之，如果它经过一个下凹的地方 ，则它的路径呈弧形。同理，天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进，而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。
现在再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大大地影响床面，不仅会使其表面弯曲下陷，还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以宇宙出现，若宇宙中存在黑洞，则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。
现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球，会掉进大石头形成的深洞一样，一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且，若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。
我们已经说过，没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度，有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理，一切比其周围温度高的物体都要释放出热量，同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量，黑洞释放能量称为：霍金辐射。黑洞散尽所有能量就会消失。
处于时间与空间之间的黑洞，使时间放慢脚步，使空间变得有弹性，同时吞进所有经过它的一切。1969年，美国物理学家约翰 阿提 惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。
我们都知道因为黑洞不能反射光，所以看不见。在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的。但英国著名物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑。通过科学家的观测，黑洞周围存在辐射，而且很可能来自于黑洞，也就是说，黑洞可能并没有想象中那样黑。
霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子，这些粒子在太空中成对产生，不遵从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后，有的就会消失在茫茫太空中。一般说来，可能直到这些粒子消失时，我们都未曾有机会看到它们。
霍金还指出，黑洞产生的同时，实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中，另一个则会逃逸，一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。对观察者而言，看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。
所以，引用霍金的话就是“黑洞并没有想象中的那样黑”，它实际上还发散出大量的光子。
根据爱因斯坦的能量与质量守恒定律。当物体失去能量时，同时也会失去质量。黑洞同样遵从能量与质量守恒定律，当黑洞失去能量时，黑洞也就不存在了。霍金预言，黑洞消失的一瞬间会产生剧烈的爆炸，释放出的能量相当于数百万颗氢弹的能量。
但你不要满怀期望地抬起头，以为会看到一场烟花表演。事实上，黑洞爆炸后，释放的能量非常大，很有可能对身体是有害的。而且，能量释放的时间也非常长，有的会超过100亿至200亿年，比我们宇宙的历史还长，而彻底散尽能量则需要数万亿年的时间
黑洞是一个时空的黑暗区，由一些质量颇大的星体经重力塌缩后，所剩余的东西就成了黑洞。它的基本特徵是有一个封闭的视界，这视界就是黑洞的边界，一切外来的物质和辐射可以进入这视界以内，但视界内任何物质都不能从里面跑出来。我们可用一句”有入无出”来形容它。
黑洞产生之谜？
当一颗质量相当大的星体之核能耗尽(超新星爆发)后，残骸质量比太阳质量高3倍的恒星核心会演化成黑洞（若中子星有伴星，而中子星吸收足够伴星的物质，也能演化成黑洞)。在黑洞内，没有任何向外力能维持与重力平衡，因此，核心会一直塌缩下去，形成黑洞。
当物质掉进了事界，纵使以光速计算，也不能再走出来。
爱因斯坦以几何角度把黑洞解释为空间扭曲的洞，物质随空间而行，如果空间本身就是洞，是没有物质可逃出的。
黑洞分为四种：
恒星演化出来的黑洞、原始黑洞、重量级黑洞和研究中的中量级黑洞。
黑洞也有界限？
当一个黑洞形成后，所有物质都会向中心塌缩成一个非常细小的质点，称为奇点，黑洞的表面层称为「事件穹界」。
而这表面层和中心奇点的距离就是史瓦半径。任何物质要从黑洞的史瓦半径跑到外面去，它的逃离速度便要大於光速。
但根据狭义相对论，光速是速度的极限，因此，一切物质到了事件穹界便扯向中心的奇点，永不能逃出来。
黑洞是看不见的吗？
黑洞是个因为重力太强以致连速度最快的光也无法脱离的天体。黑洞周围的时空也受到重力的影响而扭曲，产生了一个"事地平面"，任何物质只要被它吞噬就再也逃脱不出这范围，它的半径称为"重力半径"。由於连光也无法脱离，所以无法看到事象平面之内侧。
黑洞之发现？
於1990年4月27日，哈勃太空望远镜 Hubble Space Telescope的启用，为人类探索太空揭开了新的一页，虽然在制造时出了错误，使影像大打折扣，可是仍对天文学有莫大的贡献。
近来，人类对一直只是存在於理论范畴内的黑洞，已透过哈勃太空望远镜，有了进一步的证据。於仙女座大星系M31附近的M32发现了一个质量大於太阳三百万倍的黑洞。M32是在我们的银河系附近，距离地球2.3百万光年的星系。它是人类所知密度最高的星系，於直径只有一千光年的范围内（我们的银行河系直径约十万光年），包含了四百万颗星，中心和密度是我们的银河系100个一百万倍左右。假设你生活於M32中心的行星上，你会见到一个密布星光的夜光，光度比一百倍满月还要亮。科学家是由星星於该星系的活动，及其中心密度而推测的。此星系内之星星移动速度较其它一般星系每秒快了100公里。
齐来寻找黑洞吧！
由於黑洞不能发出光线，体积又非常细小，所以是不可能用天文望远镜规测得到地的。但根据理论，如果一对双星中的伴星是黑洞，那麼主星的物质被吸引向黑洞而形成一个吸积环。由於吸积环的物质互相摩刷而引起高温，因而辐射X光线。於是，黑洞搜索者就将重点於X射线密近双星上。
1962年，人们探测所得，位於天鹅座鹅颈内有一股X射线，并将该源命名为是非常有可能是一黑洞。天鹅座X-1是一 X射线源，它的一颗子星 是超蓝巨星，那可能是黑洞而看不见的子星质量。
呵呵~回答完毕!
一切都只是用理论推测出来的，再加上一些观测结果，一目前的水平都认为有黑洞，但随着科技进一步发展说不定就会推翻现在的结论，比如当年伽利略认为木星光环是它的卫星。
就我们这些正常人而言 要探讨你的问题有点过分 但还是有超人的--霍金
时间简史他写的 没事看看吧
弄本时间简史看看，呵呵。
