清风吟

黑洞的研究历史

黑洞，起初是推算出来的一个神秘天体，最早提出黑洞问题的不是一个物理学家，而是英国地理学家约翰·米歇尔（John Michell），他在乾隆四十八年，也就是1783年提出：如果一颗天体拥有与太阳同等质量，且该天体直径只有约3千米，那么此天体表面的引力是十分巨大的，大到连宇宙最快的光子也无法逃脱其表面。除此之外，法国物理学家拉普拉斯曾在1796年预言：“如果一颗天体质量约为太阳的250倍，直径和地球相当，那么这个天体表面的引力将变得非常大，连光也不能逃脱。”

之后科学家们普遍认为宇宙中存在这么一种“可怕”的天体，任何物质包括宇宙中最快的光也逃脱不了黑洞的引力，只要靠近它就会瞬间化为乌有。2019年4月，人类首次通过照片知道了黑洞的模样确认了黑洞是真实存在的。

为什么叫做黑洞呢？

因为由于黑洞的体积很小且质量巨大，造成引力巨大，光也逃脱不了黑洞，所以人类的眼睛只能看到是一个黑色的圆形状图形，所以将其比作一个永远漆黑得洞。当然从爱因斯坦的广义相对论来理解，由于质量巨大的物体会造成它周围的时空弯曲，质量越大，时空弯曲的曲率越大。

黑洞是如何形成的？

宇宙中有数以万亿计的恒星，这些恒星并不是“长生不老”的，也会有它的寿命，就拿我们太阳系来说，太阳大概的寿命是100多亿年，而目前大概是50亿年左右，可以说是正处在壮年。

根据理论，恒星的死亡是恒星上的粒子开始像更重的物质进行转变，直到铁元素。如果一颗恒星的核心质量大于等于3.2倍太阳质量时，那么再也没有什么能量（斥力）可以抵抗自身的重力了，重力便开始向中心无限的坍缩。

恒星坍缩后就会发生超新星爆发，就会发生引力挤压，物质中的质子，中子等粒子被挤压到很小很小，就像珠穆朗玛峰被挤压成只有一个砂砾那么大。当然一颗太阳这么大的恒星是不足以形成黑洞的，一般为超过太阳的大质量恒星。

当然黑洞质量到达一个极限值时，这个临界值就是史瓦西半径。严格的讲是一个球状对称、不自转且不带电荷的物体重力场值，一个特定质量的物体被压缩到该值时，自身的重力可以无束缚的压缩至奇点。理论上，太阳的史瓦西半径约为3千米，地球的史瓦西半径只有约9毫米。一颗大于等于3.2倍太阳质量的天体，如果压缩至它的史瓦西半径内，那么它就形成黑洞了。

科学认识论

黑洞是如何产生的？

图1：一个名为天鹅座X-1的黑洞是在一颗大恒星塌陷时形成的。这个黑洞把物质从它旁边的蓝星上吸走。

当大质量恒星到达生命的尽头时，它们融合成氦的氢几乎耗尽。因此，这些巨型恒星开始燃烧氦，将剩余的原子熔合成更重的元素，直到铁元素的聚变不再提供足够的能量来支撑恒星的外层。这些顶层向内坍缩，然后爆发为一种强大而明亮的爆发，称为超新星。然而，恒星的一小部分还在后面。

因为没有光可以逃逸，黑洞是看不见的。然而，带有特殊仪器的太空望远镜可以帮助发现黑洞。它们可以观察到非常接近黑洞的物质和恒星的行为。

如果这个恒星遗迹是单独存在的，一个黑洞一般就会在那里“无所事事”。但是，如果气体和尘埃围绕着这个物体，这些物质就会被吸入黑洞的内部，当气体和尘埃升温时，就会产生明亮的光脉冲，像水进入排水沟一样旋转。黑洞将把这个质量并入它自己的质量中，从而使这个物体得以成长。

图2：科学证据表明，在银河系的中心有一个超大质量的黑洞。

如果两个黑洞相遇，每个黑洞的强大引力会吸引另一个，它们会越来越近，绕着彼此旋转。它们的集体质量将震动附近时空的结构，发出引力波。

2015年，天文学家通过激光干涉仪引力波天文台(LIGO)发现了这种引力波。这是我们第一次真正看到黑洞并确认它们的存在。这些结果也很好地证实了爱因斯坦的预测方程。据《今日宇宙》报道，科学家此前已经发现了黑洞存在的间接证据，他们目睹了我们银河系中心的恒星围绕着一个巨大的看不见的物体旋转。

图3：这张人马座A在银河系中心的照片是由钱德拉x射线天文台拍摄的。

黑洞有多大?

黑洞可以有各种大小，但主要有三种类型的黑洞。黑洞的质量和大小决定了它的种类。最小的被称为原始黑洞。科学家们认为这种类型的黑洞只有单个原子那么小，但却有一座大山那么大。

最常见的中型黑洞被称为“恒星黑洞”。恒星黑洞的质量可以达到太阳质量的20倍，并且可以容纳一个直径约为10英里的球。银河系中可能存在数十个恒星质量的黑洞。

最大的黑洞被称为“超大质量黑洞”。

这些黑洞的质量加起来超过1百万个太阳的质量，可以装进一个直径相当于太阳系大小的球里。科学证据表明，每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞。位于银河系中心的超大质量黑洞被称为人马座a，它的质量相当于大约400万个太阳，可以被放进一个直径与太阳差不多的球中。

如果黑洞是“黑的”，科学家们怎么知道它们在那里?

黑洞是看不见的，因为强大的引力把所有的光都拉到黑洞的中心。然而，科学家可以看到它强大的引力对周围恒星和气体的影响。如果一颗恒星在太空中绕某一点运行，科学家可以研究该恒星的运动，以确定它是否在绕黑洞运行。当一个黑洞和一颗恒星紧密地绕轨道运行时，就会产生高能光。科学仪器可以看到这种高能光。

黑洞的引力有时可以强大到足以抽离恒星的外层气体，并在其周围形成一个圆盘，称为吸积盘。当气体从吸积盘螺旋进入黑洞时，气体加热到非常高的温度，并向各个方向释放x射线。

NASA的望远镜测量x射线。天文学家利用这些信息来更多地了解黑洞的性质。

图4：射手座A *是银河系中心的黑洞

黑洞能毁灭地球吗?

黑洞不会在宇宙中游荡，随意吞噬世界。它们遵循万有引力定律，就像太空中的其他物体一样。黑洞的轨道必须非常接近太阳系才能影响地球，这是不可能的。

如果一个与太阳质量相同的黑洞取代了太阳，地球就不会掉进去。与太阳质量相同的黑洞将保持与太阳相同的引力。行星仍然绕着黑洞运行，就像它们现在绕着太阳运行一样。

太阳会变成黑洞吗?

太阳没有足够的质量坍缩成黑洞。数十亿年后，当太阳生命结束时，它将成为一颗红巨星。然后，当它用完最后的燃料时，它会脱离外层，变成一个发光的气体环，称为行星状星云。最后，太阳只剩下一颗冷却的白矮星。

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黑洞是根据爱因斯坦的广义相对论推论出的存在于宇宙中的一种神秘天体。说起来，黑洞的结构很简单，由一个点——密度趋于无穷大的

奇点使周围时空极度扭曲，产生超强引力场，以至于在事件视界以内连光也无法逃脱。也就是说，事件视界内的一切都是无法被看见的。

科学家认为，宇宙中的黑洞主要分为四类：

微型黑洞，又被称为量子黑洞，宇宙大爆炸之初可能产生了大量微型黑洞。

恒星级黑洞，是最常见的一类黑洞，大质量恒星演化至生命末期，在超新星爆发后留下的致密内核就可能是一个黑洞。据哈佛-史密森天体物理中心估算，银河系中至少存在数亿个恒星级黑洞。

中等质量黑洞，是理论中存在的，质量大约为太阳100-10万倍的黑洞。目前为止，科学家还尚未在宇宙中真正确定中等质量黑洞的存在（只发现一些潜在对象）。

超大质量黑洞，存在于大多数星系中心，是黑洞中的重量级选手，质量可达太阳的上百万甚至上百亿倍。比如，我们银河系中心的超大质量黑洞被命名为人马座 A*，质量约为太阳的400万倍。

不过，黑洞是无法被直接观测到的，只能通过间接的方式进行研究。最常见的是，黑洞在吞噬物质时会在事件视界外围形成一个吸积盘，爆发出的惊人能量会把周围物质加热到超高温，在各个波段上产生明亮闪光。

再者，科学家还可以借助黑洞产生的引力效应获取其位置和质量的信息。

另外，引力波的成功探测也为研究黑洞提供了新途径。科学家已经多次探测到由双黑洞的碰撞与合并产生的引力波。要知道，这些由黑洞荡起的时空涟漪携带着的是最保真的信息。

最为令人兴奋的是，科学家们精心策划了事件视界望远镜（EHT）项目，对银河系中心黑洞人马座 A*进行了为期10天的观测，预计将在今年（2018年）创建出人类史上第一张黑洞的照片。

到时，我们将对黑洞有更进一步的了解。

三体迷

什么是黑洞？

黑洞是一种结核，其密度和质量极高。 在这个宇宙中，如果我们压缩任何物体并使之变得非常小，那么由于它的密度和质量很高，它的引力将会增加得如此之大，以至于即使是一束光线也不能穿过引力。那个物体将会是叫做黑洞。

在了解黑洞的形成之前，我们必须了解恒星的形成

星星的创造:

我们知道恒星的形成是在银河系中的尘埃和气体的帮助下发生的。我们宇宙中存在的气体和尘埃云是叫做星云。这些星云含有大量氢。之后，有25%的氦，还有少量的其他元素。 当星云中的尘埃和气体密度增加时。然后由于重力，这些云开始压缩。恒星内部的温度也升高了很多，氢原子开始相互碰撞，并因此形成氦。 然后由于速度和压力，它们结合在一起，开始形成矛状的形状。整个过程被称为恒星的形成。 但是这些反应需要数百万年才能完成。我们的太阳也是这样的。因此恒星的引力保持平衡核聚变反应。

当氢的数量从恒星开始减少时，那颗恒星慢慢变冷。当氢从恒星中完全耗尽时，这些恒星就不能被引力进一步控制。然后在恒星中发生了一次大爆炸叫做超新星。 爆炸后，如果恒星的任何部分留下高密度，那么那部分恒星就变成中子星。然后由于高重力，恒星开始压缩。恒星被压缩到一个临界水平。 然后由于这种高压缩，特定恒星的空间和时间也变得紧张。在那颗恒星内，空间和时间的存在将被抹去。这些会变成看不见的结节。我们是这颗星叫做黑洞。

黑洞中不存在时间:

黑洞的质量集中在我们称之为奇点。 围绕这一点的球形称为事件视界。甚至连一缕光线都不能离开这个事件视界。也没有时间的存在。 根据爱因斯坦的狭义相对论，当一个人站在离视界一定距离的地方时，他的手表会慢下来。 还要记住一件事，宇宙中不同位置的时间速度是不同的。意味着地球上运行的时间在宇宙的其他区域可能不同，可能慢也可能快。这叫做时间幻觉。这是一个令人兴奋的科学事实。 任何东西都可以进入黑洞视界；首先，那东西会被分开，然后它会变得看不见。并将进入黑洞的奇点。但是物理学直到现在还没有发现这些物体会去哪里。

黑洞的类型:

有四种类型的黑洞存在，它们是由它们的特性来识别的。

恒星黑洞:- 那些质量会比太阳高一点的恒星，那些恒星会因为重力而变成黑洞，我们会的叫做恒星黑洞。

超大质量黑洞:- 这种黑洞形成于银河系中心，密度也很高。它们也很大叫做超大质量黑洞。 这种黑洞的质量是太阳的数百万倍。

原始或小黑洞:- 这些是质量小于太阳的黑洞。这些黑洞的形成不是由于重力，而是由于中心质量和热量的压缩叫做原始或小黑洞。 科学家认为这些小黑洞的形成发生在宇宙创建期间。 斯蒂芬·霍金认为，在了解了这些小黑洞之后，我们可以对宇宙有更多的了解。

超大质量黑洞:- 超大质量黑洞是最大的黑洞类型。这些是最近发现的黑洞。这些黑洞属于黑洞的新分类，我们称之为超大质量黑洞。

我们知道黑洞吸收它们视界中的每一条光线。那么科学家是如何发现它们的呢？

据科学家称，尽管看不见，黑洞的引力对附近的恒星、陨石甚至星系都有影响。宇宙的这些部分似乎向它靠近。在这些结节的中心还有一个密集的黑点。 有时一些陨石似乎围绕着地球旋转黑点。这也是找到黑洞。 有时似乎黑洞正在吞噬银河系的物体。这表明黑洞的存在。

一些想象:

如果地球的质量增加，整个地球将被压缩到1.5厘米，那么它的引力将增加，地球将被称为黑洞。 如果比地球大130万倍的太阳也被压缩到更大的程度。那么太阳将被称为黑洞。 但是请记住，在黑洞中，密度比质量更重要。我们知道地球和太阳不能像这样被压缩。 如果有比太阳大几十亿倍的恒星，其密度和质量也非常高，那么那颗恒星就可能成为黑洞。

军机处留级生

黑洞分为原生黑洞以及普通黑洞。

原生黑洞是科学家提出的一种假说意义上存在的黑洞，这种黑洞不是通过恒星引力坍缩后发生超新星爆发后形成，原生黑洞的诞生可以追溯到宇宙形成早期。

宇宙在刚刚爆发的短暂时期内，处在难以想象的高热以及高密度状态下，那么很可能会由于极端高的物质密度以及此时强大能量的挤压之下形成黑洞。另外还有一些相对质量较小的原生黑洞，它们的形成可能与暗物质有关。

普通的黑洞形成就比较简单了，通常是大质量恒星演化末期的产物，30倍以上于太阳质量的老年恒星会发生超新星爆发，进而形成黑洞。

黑洞里面到底有什么东西？

我想应该是难以想象的物质，普通黑洞可以说是中子星的更进一步引力坍缩产物，连中子这样的极小粒子都被挤压成“粉末”了，试想黑洞内部到底是怎样恐怖的状态呢？据说，1立方厘米的中子物质质量甚至可以达到10亿吨重呢！

黑洞无法被直接观测到，但是由于其强大的引力影响以及在吸收周围物质时会放出高热辐射，天文学家便可以大致推测出周围黑洞的存在以及质量了。

科学船坞

黑洞是一个天体，是大质量恒星死亡后演变而成的天体，它是宇宙中最极端的天体之一，任何物质一旦进入其事件视界，就不可能再逃离出来，包括宇宙中速度最快的“光”。

↓下面两幅是恒星的演化图↓

那么我们的太阳会变成黑洞吗？并不会，因为它的质量还不达标，它只能按照主序星→红巨星→白矮星，最后变成黑矮星这个顺序进行。当然了，咱们人类是看不到太阳变成白矮星那天的，如果不能逃离太阳系，甚至连红巨星都撑不过去，虽然这是在数十亿年后的事了。

不过黑洞并非是永恒的，按照霍金辐射（虽然至今没有被实证），黑洞也有寿命，它自身的质量也会消失，质量越小的黑洞消失的速度越快。

此时在回过头来看看人类自身，我们会发现人类实在是太渺小，太短暂了，所以有时候对于人类自身和宇宙的关系也是很好奇的。

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赛先生科普

当一颗恒星走向灭亡时，在它内部核聚变形成氦的氢几乎耗光。这时便开始燃烧氦，使原子聚变形成更重的元素，一直到铁元素形成，此时的聚变已经不足以提供支撑外层的能量，便开始从最外层开始向内塌陷，发生极为明亮的超新星爆发。

组成恒星的物质将坍缩成一个体积无限小，密度无穷的一个点，称为黑洞的奇点。

如果周围有气体和尘埃围绕，那么这些物质就会像流入下水道一样被吸收。在这个过程中，被吸收的气体和尘埃的温度急剧升高，产生光线，而黑洞将它们据为己有，从而越来越大。

如果两个黑洞相遇，它们各自强大的引力将互相吸引，环绕旋转，越来越接近，它们的总质量将震动周围时空的网织结构产生引力波。

银河系中心的恒星正围绕着一个超大质量黑洞运转，质量是太阳的数十亿倍。

这些黑洞不断吸收气体和尘埃，与其他黑洞碰撞融合，最终形成了超大质量的规模。

第六维度6

为了说清黑洞是如何形成的，首先就需要了解恒星的生命周期。

起初，大量的气体（绝大部分为氢）受自身的引力吸引而开始向自身坍缩形成恒星。当它收缩时，气体原子以越来越大的速度相互碰撞，导致气体温度上升。

最后，气体变得如此之热，以至于当氢原子碰撞时，它们不再弹开，而是聚合成氢。如同一个受控氢弹爆炸，反应中释放出的来的热使得恒星发光。而这附加的热又使气体的压力升高，直到它足以平衡引力的吸引，这时，气体停止收缩。

从核反应发出的热和引力吸引的平衡，使恒星在很长时间内维持这种平衡。然而，恒星最终会耗尽它的氢和其他核燃料，且初始燃料越多的恒星，因为质量大，就需要越热才能足以抵抗引力，所以燃料耗得也越快。

当恒星耗尽了燃料，引力占据主导地位，它就开始变冷并收缩。

但也并不是所有恒星都会坍缩成黑洞，见图

要至少30个太阳质量的恒星的引力坍缩，最终才会形成黑洞。

——以上来自《时间简史》

慕风华

看见解答区的ID @伟松12 的解答，他说：“宇宙无论多复杂。都包容着我们的地球。研究表明。我们的宇宙既遵守物理规律，也遵循生物规律，而且所构成的元素和我们地球完全相似，没有区别。”我看了这段话，感觉他的思维非常混乱。什么叫做宇宙既遵守物理规律，也“遵循生物规律”?宇宙又不是生命体，和“生物规律”有何联系?生命，只是宇宙之中极少数行星（目前仅仅知道地球上有）上的一种低熵存在，能不能干涉宇宙还是未知，宇宙也未必在乎有没有生命的存在，怎么可以说宇宙遵循生物规律呢？再说，什么是“生物规律” 你清楚吗?你所谓的这种生物规律，与黑洞的物理学规律，又有何内在联系呢？很遗憾，我们没有看见你说的宇宙生物学规律与黑洞有什么关联。我们只看见你的胡说八道。

黑洞，是什么?黑洞是大质量恒星的尸体。所有的天体都会有寿命，大质量恒星死亡之后，由于向内部的压强太大，所有的残余物质都坍缩为一个质量奇点，周围的时空都被封闭在一个视界里面，进入视界，所有的物质（包括光）都不能折返，所有的信息都会被压缩到奇点上去。关于黑洞的物理性质，我们还不太清楚。霍金等人认为，“无论什么样的黑洞，其最终性质仅由几个物理量（质量、角动量、电荷）惟一确定”。这就是黑洞“无毛”理论。也就是说，黑洞是一种极其简单的物体，没有复杂的信息82。

怀疑探索者

这个问题，我来回答！我们知道，天体受到两种力的约束，一是向内的引力，一是向外的压力。如果压力大于引力，天体就膨胀。反之，引力大于压力，天体就会坍缩。

绝大多数的恒星是由氢和氦组成的，而氢是核反应所需要的重要元素。恒星内部不停地进行核聚变反应，产生向外膨胀的压力。一颗比太阳大的恒星，核聚变反应所产生的压力能与引力相抗衡。一旦恒星内部进行核反应的材料用完后，巨大的引力会使恒星向内坍缩，就像房屋断了横梁和支柱后，会向中心坍去。 天体坍缩时，体积迅速缩小，而它的密度却迅速增大，这时所形成的特殊天体就是黑洞。

黑洞原先是通过严格的物理规律预言出来的。但是，最近美国宇航局所属的戈达德空间飞行中心的科学家分析了天文卫星从黑洞的X射线所获得的数据后，发现NGC3516星系中心近旁铁原子的X射线光谱揭示，有物质以每秒2917公里的速度，被吸入星系内不见了。 科学家指出，这是人们第一次观测到黑洞吸进物质的直接证据。 神秘的黑洞一直是科学家十分关注的热点，还有许多未解之谜。 所谓黑洞，是指一类引力非常之强的特殊天体，它能吸收所有靠近它的物质，甚至连光也无法逃脱。黑洞只吸收物质，不吐出物质。也就是说黑洞是“黑”的，人们无法直接“看”到它。

尽管如此，大量的观测证据表明，宇宙中存在许多这样奇妙的天体。它的原身是超过大约3个太阳质量的普通天体，当它的核能量消耗完时，这一天体将变成一个黑洞。上世纪60年代，经过一些物理学家的研究，人们发现，只要3个物理量（质量、角动量和电荷）就能描述一个不随时间变化的黑洞。 换句话说，对于一个黑洞，人们所能知道的只有这3个物理量。在黑洞的形成过程中，描述形成这个黑洞的物质的所有其他特性的信息都丢失了。黑洞的这一特性被美国的物理学家J．惠勒称为黑洞无毛定理。

因为经典黑洞只进不出，所以黑洞一旦形成，将通过吸收外部物质而变得越来越大，永远不会消失。 在黑洞形成过程中，物质信息丢失对于这个经典黑洞而言，在物理学上是不成问题的，人们只要假定形成这个黑洞的物质的所有其他信息（除了质量、角动量和电荷）仍然存在黑洞内部即可，因为人们无法探知黑洞内的任何信息。

關鍵字: 科学 黑洞 米歇尔