黑洞的形成是否和能量塌陷有关？

黑洞是否是能量局部塌陷所致，与其相反，能够产生白洞吗？另外，请说明一下相对论中能量与质量效应相同的具体解释。

黑 洞 是 一 个 时 空 的 黑 暗 区，它是由具有极大质量的超巨星在塌陷时所造成的，恒星的核心在本身重量的影响下非常快速的收缩，并释放出强劲的暴发能量，如果核心物质大的使塌陷无限地继续下去，便产生了黑洞，在重力巨大的挤压下，所留下的物质有难以想像的高密度。由於黑洞的质量非常大，使得它们具有强大的重力场，这些力量大的连光线也无法逃出它的手掌心，这也就是为什麼它要叫做黑洞的原因了，在它的边界内你看不到任何东西。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 来。

「黑洞」，顾名思义就是一个漆黑的洞。因其周围存在巨大的引力场引力过强，以至於连自己发出的光线都无法由其中逃脱而出。就连光线由外射入 ，也像射入无底洞。然而大质量塌缩的恒星是如何到达此情境的呢?试想一物体於一塌缩星的表面，随著恒星塌落而凝缩，不停的靠向中心，重力愈来愈强。(天体的重力离中心愈近愈大)而恒星愈收缩，要离开它的表面速度要求愈大。当恒星塌缩到到光速时，已几乎无任何物体可逃脱而出。(根据爱因斯坦相对论而言，光速是所有物体速度的极限，几乎没有任何物体的速度会超过光速。)而塌缩到光速都无法逃出时，任何物体都不可能再从黑洞中出来。当恒星塌缩到此一境界时，这时黑洞所呈现的半径就称为「史瓦西半径」。假设地球也做如此的塌缩，那此时地球的史瓦西半径就为一厘米宽。但恒星并非一定凝缩到此程度才形成不可逃脱的表面。质量愈大，其史瓦西半径内的物质密度愈小。如质量是太阳一亿倍的，缩到水的密度便达到史瓦西半径了。

,换句话说, 当 一 颗 质 量 相 当 大 的 星 体的 核 能 耗 尽 后 ， 没 有 辐 射 压 力 去 抵 抗 重 力 ， 平衡 态不 再 存 在 ， 这 星 体 将 全 面 塌 缩 ， 成 为 中 子星 。 若 其 质 量 仍 大 於 三 个 太 阳 质 量时 ， 那 麼 连 中 子 简 并 气 体 压 力 也 不 能 平 衡 重 力 ， 星 体 将 断续 塌 缩 至 它 的 重 力半 径(rg)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 。 这 就 形 成 黑 洞 。重 力 半 径 又 称 史 瓦 半 径 ， 它 只 与 体 的 质 量 成 正 比 。

黑洞的参数

要 了 解 一 颗 星 体 ， 我 们 需要 很 多 参 数 ， 但 当 它 塌 缩 成 为 一 个 黑 洞 ， 任 何 物 质都 不 能 逃 离 它 ， 因 此 我 们 是 无 法 观 测 到 任 何 有 关 它 的 信 息 。 根 据 研 究 ， 只 有三 个 基 本 参 数 ， 质 量 、 电 苛 和 旋 转 ， 我 们 才 能 在 远 距 离 探 测 到 ， 这 就 是 " 黑洞 没 有 毛 发 " 定 理。理 论 上 ， 黑 洞 可 按 积 分 成 小 、 中 和 大 三 类 ， 已 有 好 些 证 据 显 示 ， 中 型 黑 洞 是大 星 体 在 其 生 命 终 结 时 ， 星 体 内 陷 和 坍 塌后 所 留 下 的 遗 骸 ， 而 大 型 黑 洞 则 存在 於 很 多 星系 中 ， 可 能 包 括 我 们 身 处 的 星 系。



黑洞的存在

於1990年4月27日，哈勃太空望远镜的启用，为人类探索太空夫揭开了新的一页，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之於一般星系每秒快了100公里。 对於此发现，实对各天文学者的一大鼓舞，相信以后哈勃望远镜，必能为人类揭开更多太空的神秘之谜。

黑洞与时间：

在我们的的世界中，空间是自由的，你可以随意上下左右移动；但时间只有一个方向，你不能使时光倒流。靠近事界时，时间进程减缓了，但是方向没有改变。而在事界中，则恰恰相反，我们不能在空间自由行动了，但却可在时间上后退。黑洞中的物体毫无办法的向下落，亦即绝对不停止的冲向黑洞中心。在外界不断向时间的一方流逝，在事界却变为不断的向中心走去，舍此别无它途。我们每个人都有自己的内在"时钟"，这时钟和某人一起行动，其时刻便称为他的「本位时」(Proper time)。由於各种原因，各人的本位时皆不同。只是地球上的本位时差太微小了，所以大家可以校准，但靠近事界的人和远方的人本位时去却相差很多。由於运动系统时间的延滞，不同速度的系统时间就相异了。靠近黑洞时的强引力，相对於周围世界产生加速度，同样也就有时间延滞。光的红位移亦可表明此一效应。光有能量，也就是有质量，一样受到引力场的作用，它要克服事界的巨大力量，一定付出能量的代价。光的能量由频率决定，越靠近事界的光，跑出黑洞范围的频率越跌落的厉害。如果以光的脉动来做计时装置，那麼愈靠近事界处的钟就走的越慢。

黑洞的利用：

物理学家把有序的相反概念，也就是无序状态叫做熵(Entropy)。 一个封闭的物质世界系统，无论甚麼物理变化，全熵量即无序的总量绝不减少，这称热力学第二定律。最后熵达到最大而成平衡状态，这就是所谓的热寂，这时到处能量分布相同，宇宙再也活不起来了。没有运动，也就是没有时间，宇宙就不存在了! 引力能的熵比核能以及热运动能的熵小得多，通常引力场绝非无序的。但黑洞把通常共存物体吞噬进去，就使黑洞失去多样性而驱於统一，於是就包含一定的熵，把黑洞引力场转为其他形式就不能百分之百有用。但黑洞有熵是肯定的。若非如此，投入极大量的无序的东西到黑洞中，岂非全体熵减小了。这就和热力学第二定律相违背了。而黑洞的引力能，可看为存於表面，恰如水滴表面张力那样的表面能。如果给水滴补充能量，它就会激烈震动而分裂。因为面积不够容纳更大的能量。同样的，如果对黑洞施以能量，类似的理由它会震动，用引力波放走能量，因为它不能分裂。它的表面积依然和初始界面表面积一样，亦即表面积不能减少，这可称为「不减能」。黑洞一形成，对应的表面积就是永远不可灭。再来谈到若黑洞自转或带电的话，其塌缩星的能量便对应增加。因为各个电场互相排斥，要合成一体必须作功。所以电荷凝缩伴随著电场能量的储存。以后吸收等量反符号电荷，变成中性，就等於把储存的能量放出。事实上，塌缩星的全部能量包含了寄存的电量。而黑洞有不可灭表面能量、自转能量、电场能量三种。自转能和电场能不是以熵的形式寄存的。旋转速度降低、电荷中性化，就可送出能量，所以只有表面能是熵性的。 但要如何获得其能量呢?在这里提供了「弹道法」。它是把物体射入能层，让它分裂为二。一个跌进了事界，一个抛了出来，而跑出的便带走了能层的能量。

黑洞有一个奇异点，这是甚麼？事象地平线、虫洞又是甚麼呢？有人说进入黑洞（虫洞）能作超时空的旅行，在白洞出来，有可能吗？

所谓的「奇异点」，是在黑洞内部的一个区域，根据爱因斯坦的广义相对论，时间、空间的曲率在此处会成为无限，不过目前我们除了理论上的说法外，没有人真正了解当接近到一个奇异点时，会发生什麼状况。 在黑洞周围有一界限，在此界限上，光刚好还能逃出黑洞无限强的引力，这个界限就叫做「事象地平线」。也就是说，只要进入事象地平线以内，连光都万劫不复了！

至於「虫洞」，我们可以想像：时空是位於苹果的表面，为了联系苹果表面上的两个点，虫从一点开始咬，经过苹果内部而到达另一点，这个洞穴可以说是连接时空相异两点的捷径。如果我们能接两个黑洞，避开内部的奇异点而连接起来，就会形成虫洞。

从黑洞进去，从白洞出来，做超时空的旅行，现在只是一种理论，真的要实现，还市惠碰到许多问题，例如：白洞在哪里？如何安全地进入黑洞？只有类似这些问题解决之后，我们才能做真正的超时空旅行。

如果能幸存於黑洞中，会看到何种景象？

坦白说，没有人知道答案！我从来没有看到过相关的计算结果，从广义相对论导出的黑洞的解，通常依其几何性质而有不同的时空变化，所能看到的一切景象一定是处於剧烈的光学曲变状态，就像万花筒一般，所有的辐射，依其光源不同而呈现不同的红位移与蓝位移。除此之外，我甚至不知道该从何去思考这个问题。

如果黑洞穿过虫洞会有何结果？

端视黑洞与虫洞的大小而定。如果虫洞比洞的事件地平面大很多，则虽然正在穿过一个巨大的重力场，黑洞可能还是维持其本身的座标系统。如果虫洞与黑洞的大小相差不多，我对其结果就完全没有概念了，因为这是广义相对论中最难解的问题之一，需要以超级电脑加以运算。假如虫洞比黑洞小很多，我想这个虫洞在进入事件地平面内黑洞之后，会使黑洞内的时空状态有局部性小的变化，并产生重力辐射波，但在黑洞之外完全无法观察到其变化。

什麼是"灰洞"？

它是爱因斯坦广义相对论中重力方程式中的一个解。在此方程式中有两种奇点的解，一种是"黑洞"，它只能进不能出；另一种为"白洞"，只能出而不能进。1975 年，物理学家史蒂芬. 霍金 (Stephen Hawking) 发表了黑洞可能"蒸发"的理论，因为黑洞事件地平面附近的重力场以量子力学方式影响其周遭的真空太空。然而，假如黑洞能够辐射出粒子，那麼就不算是真正黑的了，因此，所以有些人便开始以"灰洞"称之。但是现在并没有人使用这个名词，因为"黑洞"与"白洞"已经是爱因斯坦方程式基本解的专有名词，而霍金的理论只是一个微小的引申而已。


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