（編者注）黑洞（英語：black hole）是根據廣義相對論所推論、在宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體和星體。黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡後，發生引力坍縮而形成。黑洞的質量是如此之大，它產生的引力場是如此之強，以致於大量可測物質和輻射都無法逃逸，就連傳播速度極快的光子也逃逸不出來。今天，邀請科普作者驕楊先生撰文《黑洞是什麼》，通俗易懂的讓您了解什麼是黑洞？
北京時間 4月10日21時，全球六地（比利時布魯塞爾、智利聖地牙哥、中國上海和臺北、日本東京和美國華盛頓）召開新聞發布會，上圖為發布的第一張黑洞照片。
黑洞是什麼？
（文 驕楊）
我們知道，原子是由原子核和核外電子構成；原子核又是由質子和中子構成。構成物質的微粒有分子、原子和離子。當然，分子、離子歸根結底還是由原子構成。物理和化學都介紹了「分子運動論」。「分子運動論」內容如下：
１、物質都是由分子（原子）構成的；
２、分子（原子）在不斷運動著；
３、分子（原子）之間有相互作用力。
注意，每個「分子」的詞後都跟了括號（原子），就是說，「分子運動論」不是僅指分子而言，它包含原子，完整的稱呼應該是「分子原子運動論」。這個理論的第一、第二條我們好理解。第三條說分子之間有相互作用力，比較抽象，這是什麼原因造成的呢？
在這裡，我們只簡單的說：這與原子的核外電子有關即可。比如：兩個原子（分子）在不斷接近時，總是它們原子核外圍的電子先相互靠近，由於電子都帶負電，當然會產生相互的斥力，抵抗它們的接近。它們距離較遠的時候，相互之間有引力。
好了，相關知識我們已經具備，現在進入主題。
宇宙中的恆星，它們的質量、體積都非常巨大。恆星外圍物質的重量會對內部造成極大的壓力，由於恆星的核反應放出巨大的能量，足以抵抗這個由自重產生的向內的壓力，所以，恆星才得以穩定。恆星中的核燃料總有用盡的時刻，那就是恆星的死亡。
核反應沒有了，靠什麼抵擋自重形成的收縮呢？暫時還沒有。所以，死亡的恆星由於自重體積開始縮小，恆星中的原子開始相互接近，恆星的密度在增加。電子在原子核外本來有相對來說非常大的運動空間，這個空間的體積比原子核大幾十億倍。因此，可收縮的餘地還是很寬餘，重力也就好不客氣一路壓縮進來。
結果，恆星的體積可能會變成原來的百萬分之一，當然，密度也變成原來的百萬倍！核外電子的如此接近，使他們之間產生了極大的斥力（電荷的作用力與它們距離的平方成反比），壓縮而造成的距離縮小，使這個斥力迅速增大，終於上升到和重力平衡，這個恆星的收縮就停止，體積不再變化。
疑問來了。要是這個恆星的質量非常大，大到電子的斥力抵擋不了重力會怎麼樣呢？我們分三種情況，來說明這個疑問：
1、當恆星的質量小於１.４倍的太陽質量，最終電子的斥力可以抵擋重力的收縮。原子的結構不會被破壞，只是恆星體積和密度發生很大的變化。這樣的星體叫「白矮星」。名字中有個「矮」字，是指它的體積小。
2、當恆星的質量大於１.４倍的太陽質量，而又小於3倍的太陽質量時，電子將再也無法抵擋重力的收縮。電子被壓進原子核，並與原子核內的質子結合，正負電荷抵消，形成中子。結果，原子的結構被徹底破壞，整個星體相當於一個原子核。它只有中子構成，這樣的星體叫「中子星」，密度比「白矮星」還要大。
白矮星（White Dwarf，也稱為簡併矮星）是一種低光度、高密度、高溫度的恆星。因為它的顏色呈白色、體積比較矮小，因此被命名為白矮星。
在講第三種情況（恆星質量大於3倍太陽質量的情況）之前，我們略微放鬆一會。做一個假想：假如有一個１立方釐米（相當於半截粉筆頭的大小）的「中子星」物質，掉落到我們地球上，將會是什麼情況呢？
由於它的密度至少比鐵大3億倍，地球上不會有任何物質能接（支撐）住它。它將由於引力作用，直奔地心而去。並且，又由於慣性，到了地心也不會停下來，而是繼續運動，直至從我們可憐的地球另一面穿出，直衝雲霄！然後，由於地球的引力，速度逐漸減慢，最後又加速落回到地球，再次把地球從另一面擊穿。它就這樣，如入無人之境一般，把地球擊穿無數次。
中子星（neutron star）是除黑洞外密度最大的星體。是恆星演化到末期，經由重力崩潰發生超新星爆炸之後，可能成為的少數終點之一，質量沒有達到可以形成黑洞的恆星在壽命終結時塌縮形成的一種介於白矮星和黑洞之間的星體，其密度比地球上任何物質密度大幾億多倍。
最終，還是在稀薄的地球物質（對中子星的密度而言，地球物質太稀薄了！）的「微弱摩擦力」下，它的速度逐漸減小，經過若干年（如果不是若干世紀的話）後，終於與地心重合。我把這塊物質的運動稱之為「牙孜木圖振動」，以此紀念我的家鄉。我們接著講第三種情況：
3、當恆星的質量大於太陽質量3倍時，重力之大，連中子也支撐不住，物質將迅速收縮，體積變為０！根據密度的定義，它的密度將會變成無窮大！沒有任何物質形態可解釋。它具有巨大的引力，以至連光都無法擺脫它的引力。照在它「上面」的光不可能被反射；它「裡面」的光也不會照射出來。因此，它是一個徹頭徹尾「黑洞」。
黑洞是愛因斯坦廣義相對論的結論之一。發現黑洞，就意味著證明了相對論的正確。
圖一：編號為Q0906+6930的黑洞
圖二、黑洞正在吞噬恆星
圖一的黑洞，位於大熊座星系，距離我們127億光年，質量相當於100億個太陽。假定，一艘倒黴的宇宙飛船接近黑洞，由於飛船的前端比尾部離黑洞近，這個引力差，可以把飛船瞬間拉拽成細細的鐵絲。
圖二：一個黑洞正在吸引靠近它的一顆恆星，該恆星已嚴重變形。可以看到恆星上的物質呈螺旋狀，被吸入進黑洞。另一些物質，由於慣性被甩到太空中。
這是2006年6月，由美國的「錢德拉塞卡」Ｘ射線天文望遠鏡和歐洲的「XMM-牛頓」Ｘ射線天文望遠鏡，分別捕捉到的。事件發生在代號為「RX J1242-11」的星系，距離地球７億光年。黑洞質量有1億倍的太陽質量那麼大，而那個恆星的質量與太陽相當。由於他們之間距離遙遠，也因為恆星有很大的運動速度（太陽在銀河系的運行速度為２４０千米／秒）該恆星最終逃脫了引力。不過，有相當於3000倍地球質量的物質被吞噬。
光無法擺脫黑洞引力時的距離，就是這個黑洞的視界半徑。大家在科普讀物上，如果看到某黑洞的半徑為3KM，指的就是視界半徑（也稱史瓦西半徑，如下圖解釋）。黑洞真正的體積為0，並不存在半徑。
史瓦西半徑是任何具有質量物質都存在的一個臨界半徑特徵值。在物理學和天文學中，尤其在萬有引力理論、廣義相對論中它是一個非常重要的概念。1916年卡爾·史瓦西首次發現了史瓦西半徑的存在，他發現這個半徑是一個球狀對稱、不自轉的物體的重力場的精確解。 一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比。太陽的史瓦西半徑約為3千米，地球的史瓦西半徑只有約9毫米。
在實際的觀測上，和科學家的理論計算中，黑洞還有很多秘密我們無法弄清楚。所以，2006年6月19日，著名物理學家霍金，在北京作的科學報告中，修訂了自己以前的黑洞理論。研究黑洞的問題，與宇宙的起源有關。有一個可怕的說法，現在的高能物理實驗室（ATLAS），粒子的對撞可能會製造出微型黑洞，從而把地球和人類全部吞噬！當初，進行核聚變試驗，我們也有這樣的擔心。微型黑洞的視界半徑非常微小，它還沒有發揮作用之前，就會蒸發殆盡。可能不會造成危害。
2006年6月19日，世界科學大師史蒂芬·霍金教授在北京人民大會堂參加2006年國際弦理論大會開幕式並作學術報告。
上面以恆星質量敘述黑洞的成因，只是介紹黑洞的存在原理。簡單的講，一團高密度的物質，質量大於3倍太陽質量，就會被自身重量瞬間壓縮成黑洞。由於恆星有核反應抵抗重力，真正能形成黑洞的恆星，質量應該大於太陽質量的8倍以上。太陽即便死亡，也只能變成白矮星，不會形成黑洞。每個星系中心，都有一個大黑洞。銀河系中心黑洞的質量大約相當於400百萬倍太陽質量，在人馬座A附近。不過，近些年觀察，銀河系比原先認為的要大很多，中心黑洞的質量可能有1千萬倍太陽質量。
1915年的11月，阿爾伯特·愛因斯坦發表了題為「引力場方程」的演講，廣義相對論誕生了。人們對愛因斯坦其人的熟悉程度，大概遠遠超過了對他的相對論的熟悉程度。在今天，廣義相對論的應用範圍遠遠超出了愛因斯坦最初的想像。
1915年，愛因斯坦發表廣義相對論。不久，愛因斯坦收到從第一世界大戰前線寄來的一封信，寫信人史瓦西根據廣義相對論方程，得出會出現物質密度無限大的黑洞，並計算出視界半徑。愛因斯坦起初反對「黑洞」這種怪物，認為會有某種機制防止出現密度無窮大。
黑洞，時間和空間的終結者。
按照愛因斯坦相對論來推測的話，黑洞確實會成為宇宙的終結者。
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