文/张恩红

　　好奇，是人类与生俱来的本性，而宇宙中最能激发人类好奇心的天体，莫过于黑洞。

　　神秘天体

　　黑洞，鼎鼎大名，几乎人人皆知。可谁也没有见过它的庐山真面目，包括天文学家在内。至少到目前为止，它还是一种在预言上存在的特殊天体，一个想像的现实。但这种预言却非凭空幻想，而是建立在严密的科学推理基础之上的。也就是说，黑洞并非乌有之物。

　　大家都知道，无论我们用多大的力把石块抛向天空，石块最终都会落回地面，这是地球的引力所致。但是，如果我们借助某种动力设备，将石块抛出的速度增大到11.2千米/秒，石块就会挣脱地球的引力束缚，一去而不复返。这个速度就是逃逸速度。在月亮上，逃逸速度只有2.4千米/秒，而在太阳上，则需620千米/秒。根据牛顿的万有引力定律，逃逸速度只取决于提供引力的星球的性质，与被抛射的物体无关。星球的质量越大，逃逸速度也就越大，质量一定时，逃逸速度则随星球半径的减小而增大。

　　关于黑洞的思想意识就来自于把简单的逃逸速度概念推向极端。在拿破仑时代，法国人拉普拉斯注把光速有限的认识与牛顿的逃逸速度的推论结合起来，提出：一个具有与地球同样的速度而直径为太阳250倍的明亮星球，它发射的光将被它自身的引力拉住而不能被我们所接收。因为他计算出，在这样的星球上，逃逸速度已经超过了300000千米/秒。也就是说，只有比光走得更快的东西才能离开这个星球。而我们知道，世界上还没有比光更快的物体。既然连光也逃不出去，那就没有什么东西能从这样的星球上逃掉了。因而，这类天体可能就是宇宙间最明亮、但又是我们绝对看不见的天体。他称这种天体为“黑暗的一团”。这就是黑洞思想的雏形，虽然那时还没有“黑洞”这个名词。

　　上面的推理，依据的是牛顿的经典力学，它与我们的经验和思维习惯一致，因此，我们比较容易接受。但实际上，当物体的相对速度接近光速时，牛顿的经典力学已经失效。

　　1916年，爱因斯坦创立了广义相对论，提出了引力使时空弯曲的原理。广义相对论预言，大质量恒星演化的归宿将是一类极特殊的天体，这种天体只吸收而不辐射。人们常这样来理解爱因斯坦的相对论：用一个放在弹性橡胶垫上的重物来代表恒星和整个星系，再画上一些网格线来代表时间和空间。重物的质量越大，空间和时间凹陷的程度也就越深，正如一个滚过橡胶垫上的球将掉进由重物形成的凹坑一样，一切从凹坑附近经过的东西也就难逃脱坠落在这个大质量物体中的命运。也就是说，当这个重物达到极高密度时，就在空间形成了一只很深的“引力陷阱”，最终把空间弯曲到这样一个程度，以致附近的任何物体，包括光线在内被其吞灭，就好像一个无底洞，这样的天体称为黑洞。在黑洞的中心是一个奇点，那里所有的物质都被无限压缩，时空被无限弯曲。

　　无毛黑洞

　　黑洞，犹如一只蹲伏在黑暗之处的怪兽，它吞噬经过它附近的所有物体，又不让任何事件被外界所知。从黑洞的外面看，它漆黑一片，又深不可测，是个永远也填不满的无底洞。但是，黑洞绝对不是一个黑色的空洞。1967年，美国物理学家惠勒形象地将它取名为“黑洞”，真是贴切之极！

　　从本质上讲，黑洞是一个特殊的大质量恒星坍缩后形成的，它是死亡了的大质量天体。科学家认为，当恒星演化到核能耗尽的时候，若它的剩余质量超过太阳质量的3.2倍，其中子结构的抗拒力将抵不住引力的坍缩。因此，中子星在自身引力的挤压下将被碾得粉碎，最终形成一个密度高得难以想像的黑洞。黑洞的基本特征之一是有一个封闭的边界，称为“视界”。外界的物质和辐射可以进入视界，而视界里的一切却不能跑到外面来。这种只进不出的特点，使黑洞获得了一个极为恐怖的别名——宇宙监狱。光就被囚禁在这样的“监狱”之中。同时，黑洞隐身在茫茫星海之中，不显山，不露水，看不见，摸不着，犹如古时隐居山野的名士，因此又有“宇宙隐者”之称。

　　科学家们认为，在恒星演化的旅途上，黑洞的出现标志着引力在恒星一生中的控制作用取得了最后的胜利。因而，从理论上而言，如果一定的质量被挤压进一个足够小的空间，它就会形成一个黑洞。例如，如果将一个人压缩到一个电子的十亿分之一大，光线就不能由此人逃脱到外界了；将地球压缩到半径只有1厘米，地球也就成了一个黑洞。但实际上，这种说法是十分模糊的，从天体物理学的角度看，黑洞理论适用于质量足够大的恒星在其生命晚期坍缩成很小的体积之时。所以，地球变不成黑洞，太阳也变不成黑洞。

　　黑洞有一个十分突出的特征，那就是黑洞一旦形成，它将丧失物体在形成黑洞之前的绝大部分特征，如颜色、形状、体积、物质成分等等，它的全部性质只需用质量、角动量和电荷这三个量来描述。除了这三个量外，黑洞再没有别的性质了。这就是关于黑洞的“无毛定理”。有些科学家还把这三个量戏称为黑洞的“三根毛”。从这个意义上来说，黑洞与宇宙中其他天体相比，可谓是最简单的天体。有人形容如想了解黑洞，就如只需知道一个人穿衣的颜色就能知道这个人的所有特征一样。然而，黑洞又是宇宙之中最神秘的天体，迄今为止，它还只是理论物理学家“跃然纸上的天体”。有人将黑洞比喻为一团永远解不开的谜，每当一个谜被破解，新的谜又随之产生，或许这正是黑洞的魅力之所在吧！

　　寻找黑洞

　　既然黑洞是信息的囚禁地，那么，科学家们是如何探测到黑洞的呢？

　　黑洞强烈的引力可以透露出蛛丝马迹的信息。科学家们正是通过黑洞引力对附近天体的影响，间接发现它的。例如，当物质在落向黑洞时，由于巨大引力的影响，它们会围绕黑洞高速旋转。在旋转的过程中，释放出强的高能X射线或γ射线。由此我们可以探测到黑洞的存在。

　　那么，黑洞在哪儿呢？科学家们认为，最好从那些明知是双星，但是怎么也看不见另外一颗质量很大的星的地方去探索。因为从双星的轨道运动算出的质量值是十分可靠的。只要这颗“看不见”的星的质量在太阳的3倍以上，它就极有可能是一个黑洞。如果那儿还有很强的X射线发出，黑洞的可能性就更大了。黑洞目前最佳的黑洞候选者是天鹅座X-1。这是一颗X射线双星，其中的伴星不可见。根据计算，该伴星大约有8～10倍太阳质量，而且它的X射线有一定特征变化。

　　近年来，有关黑洞存在的证据愈来愈多。科学家们猜测，我们银河系中心很可能存在黑洞。哈勃空间望远镜拍摄的位于室女座星系团内距离我们约5000多光年的河外星系M87的中心可能有一个黑洞。但迄今为止，人类还没有真正捕捉到黑洞。有朝一日，当科学家掀开笼罩在黑洞之上的神秘面纱时，我们的宇宙科学将步入一个崭新的阶段。

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