黑洞是如何發現的呢?
公認為發現黑洞的是位叫拉普拉斯的科學家,1798年拉普拉斯提出了一個觀點:「太空中存在著不少黑暗的天體,這些天體有恆星那樣大,數量也非常多,假設有個和地球同樣密度,但是直徑是太陽250倍的星球,這個星球即使發光,我們也看不到,因為它發出的光都被自身引力拉住,而不能往外逃脫。」這是人類最早提出對「黑洞」的概念。
1972年,美國人貝肯斯坦提出黑洞「無毛定理」:星體坍縮成黑洞,最後只剩下電荷、質量、角動量在起作用,而其他的一切密度、磁場、溫度等都失去了作用。這一定理得到了很多科學家的證實。為了研究太空中的光線,美國宇航局專門組建了專門的天文觀測系統。在這種系統的幫助下,人們驚訝地發現,那些看不到的星體甚至會發出比太陽更加耀眼的光,而這些光都是不能直接觀察到的,因此這就證明了宇宙中確實存在看不見的「黑洞」。當然,如今的黑洞概念,是科學家們根據愛因斯坦的相對論推導出來的。霍金是黑洞研究的領袖之一,在一天晚上,霍金突然想到,如果有個人不小心掉進黑洞,那麼他的能量、動量都跑到哪裡去了?如果兩個黑洞相碰的話,會產生什麼樣的後果?後來,霍金對「黑洞」下了一個定義:如果太空中存在這麼一個區域,它無法和無窮遠處發生因果聯繫,那麼這就是黑洞。
如今,科學家們將黑洞分為三類:微黑洞、恆星級黑洞以及巨黑洞。微黑洞是由霍金提出來的,霍金認為這些微型黑洞是宇宙大爆炸的產物之一,和一粒米一樣大小,而質量卻是地球的幾百倍。恆星級黑洞是由大質量恆星坍縮形成的。巨黑洞是指質量可以達到太陽的幾百萬倍以上的黑洞。
黑洞是如何形成的?我們知道,宇宙中存在很多恆星,恆星是個氣體球,溫度很高,因而對外輻射的壓力也很大,當壓力與恆星物質間的引力達到平衡時,恆星就能保持穩定的狀態,如我們所看到的太陽。日前,太陽對外輻射壓力和恆星是靠能量來維持平衡的,然而能量總會有耗盡的一天,當這一天陽間的引力是平衡的,因而我們還能夠看到太陽。
恆星是靠能量來維持平衡的,然而能量總會有耗盡的一天,當這一天到來時,如果恆星的表層反應仍很激烈,那麼恆星就會像氣球一樣不斷地膨脹,此時由於恆星的能量得不到有效的補充,恆星發出的光就不再像以往那般耀眼、炙熱,光會一點一點地減弱,呈現出暗紅色,溫度也會隨之下降。恆星能量逐漸減少,卻不斷地往外膨脹,等到對外輻射壓力抵抗不了恆星的吸引力時,恆星便開始由核心不斷地坍縮。
根據牛頓的萬有引力定律,引力與質量是成正比的。也就是說,相同條件下,質量越大的物體引力越大,且和距離的平方成反比,也就是距離越遠,引力越小。恆星不斷地坍縮,距離就會逐漸縮小,引力就會不斷增大,因而坍縮就會更為嚴重。就這樣,恆星逐漸變得越來越小,密度越來越大,從而讓恆星坍縮的速度越來越快。在坍縮的過程中,由於摩擦加劇,恆星的溫度會越來越高,甚至可以達到一億攝氏度。
當溫度達到極點後,恆星就會像氣球那樣爆炸,無數的碎片撒向宇宙,甚至會落到地球上。在這個過程中,質量較小的恆星會成為白矮星不會成為黑洞,只有那些質量超過太陽三倍的恆星,由於最後沒有什麼能夠與自身的重力相抗衡了,因而會再次發生坍縮。在這一過程中,恆星的直徑會越來越小,直到成為一個小「點」,這個點就是「奇點」,以奇點為中心的範圍內的引力是非常大的,任何東西包括光線都會被它吞噬。光線在這個範圍內產生扭曲,所以我們就無法看到恆星了,這樣黑洞便形成了。科學家把以奇點為中心的這一範圍叫作黑洞表面。