黑洞是什么,白洞又是什么?

黑洞是什么,白洞又是什么?

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。
广义相对论所预言的一种与黑洞相反的特殊天体。和黑洞类似，它也有一个封闭的边界，聚集在白洞内部的物质，只可以经边界向外运动，而不能反向运动，就是说白洞只向外部区域输出物质和能量，而不能吸收外部区域的任何物质和辐射。球状白洞的几何边界也是以史瓦西半径为半径的球面。其外部时空由史瓦西度规描述。白洞是一个强引力源，其外部引力性质与黑洞相同。白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。白洞学说主要用来解释一些高能天体现象，有人认为，类星体的核心就可能是一个白洞。当白洞内中心奇点附近所聚集的超密态物质向外喷射时，就会同它周围的物质发生猛烈碰撞，而释放出巨大能量。因此，有些剧烈的射电射线现象可能与白洞的这种效应有关。白洞目前还是一种理论模型，尚未被观测所证实。

黑洞是一种异乎寻常的神秘的客体——它是如此地沉重，以至没有什么东西可以逃脱它们巨大的吸引力的拖曳——这个概念是在1916年作为纯理论，由物理学家卡尔·施瓦兹蔡尔德根据爱因斯坦相对论的数学方程而进行的令人惊异的计算而提出的。 虽然在60年代，天文学家就开始收集这些特殊客体可能真实地存在的证据，近十多年来他们已经开始认为这些客体可能甚至就是很普通的事物。最近，公开发表的哈勃望远镜图像和测量的最新结果提供了强有力的例证足以使那些甚至持怀疑态度的天文学家相信至少有一个庞大的黑洞确实存在，它深深地埋没在被称为m87的星系的中央。 问题在于——如同这个名字的含意那样——黑洞根本不会发射出光线，因此探测它是极其困难的。任何物质和光线，当它足够靠近黑洞——比任何一个被称为“事件水平线”的想象的边界更接近——而穿越时，不可能也从来没有逃脱过黑洞的引力，因而也根本不可能被看到。 所有的观察都必须间接地进行。哈勃天文学家看到某些东西表现为一个向内旋转的热空气的圆盘，像被吸向一个“宇宙浴缸”出水管的物质的漩涡那样，因为吸引作用如此地强烈，物质移动极其迅速，因而变得非常热。 许多天文学家认为，如果m87实际上的确隐含有一个黑洞的话，这些现象将会在被认为也具有黑洞的大量其他的行星系上得到证实。某些人感到，行星系中很大一部分，甚至所有的行星系将会被发现在它们的中心具有黑洞。 20世纪60年代，黑洞的观测已引起人们的注意。这时，依据广义相对论，人们又提出了一种“白洞”理论。 白洞是高能天体物理研究的产物，例如，60年代人们发现的类星体个头儿不大，但亮度极高，人们猜测其中心可能有一个白洞。 黑洞的一个特点是，它在自己周围形成了一个封闭的边界。这个边界是只许进不许出，这是对黑洞“势力范围”的界定。白洞也有一个边界，它吸引外界物质的辐射只能到这个边界，并不能通过边界而进入白洞，可是白洞内部物质和辐射不受边界限制。因此，白洞像源泉，不断地向外部喷射物质。正因为它“只出不进”的特点，使它成为一个可见的天体，因此它是“白的”。 白洞“只出不进”，那它的物质不会枯竭吗？若不枯竭，这些物质从何而来呢？有人提出一种设想：白洞与黑洞是相通的，二者之间有一通道，它叫做“虫眼”或“蛀洞”，甚至有人把它称作“爱因斯坦—罗森桥”（同爱因斯坦不同，罗森的理论认为黑洞是不存在的）。有趣的是，正是这条通道把黑洞吸积的物质运到白洞喷发出去。 白洞是怎样形成的呢？著名的英国天体物理学家霍金曾对黑洞理论作出重要的贡献。他认为黑洞有“自发蒸发”现象，它会使黑洞质量减少。小黑洞在很短时间内就蒸发干净，大黑洞则需要时间较长才可蒸发干净。蒸发过程中，质量不断减小，且随质量的减小加速蒸发。最后发生一种反收缩方式的猛烈爆发，这与白洞很类似。这是否意味着，黑洞的终结是白洞的开始。 总的来说，白洞和蛀洞还只是广义相对论的一个数学结果，还未得到证实，而且就理论自身来看，也还有许多问题要解决