深度︱黑洞是宇宙的掠奪者還是清道夫？科學家：黑洞也會爆炸

在宇宙中有很多可以顛覆人類世界觀的天體，黑洞就是其中一個。很多人都會望文生義地將黑洞理解成為一個巨大的「窟窿」，其實則不然。黑洞和我們所看到的月球、火星一樣，也是一種天體，它的引力很強，以至於光都無法逃脫。

在黑洞邊界以內的物質都無法被外界觀察到，也正是因為這種天體被稱之為黑洞的緣故。目前人類的科技，無法通過光的反射來觀察他，只能通過受其影響的周圍物質了解黑洞。雖然黑洞不容易被觀測，但它還是有邊界的，即「事件視界」

註：事件視界（英語：event horizon），是一種時空的曲隔界線。

事件視界

根據科學家的推測，黑洞是死亡恆星的殘留物質，是在特殊的大質量超巨星坍縮時產生的。另外，黑洞必須是一顆質量大於錢德拉塞卡極限的恆星 演化到末期而形成的，質量小於錢德拉塞卡極限的恆星是無法形成黑洞的。

註：錢德拉塞卡極限（Chandrasekhar limit ）指白矮星的最高質量，約為3×1030公斤，是太陽質量的1.44倍。這個極限是由錢德拉塞卡計算出的。計算的結果會依據原子核的結構和溫度而有所差異。

錢德拉塞卡極限

為什麼任何星系都無法逃逸黑洞？

黑洞其實也是一個星球，只不過它的密度非常大，靠近它的物體都被它的引力所捕獲，不管用多大的速度都無法脫離。

黑洞

拿地球來說，以第二宇宙速度即11.2千米/秒飛行就可以逃離地球的引力束縛；但是對於黑洞來說，它的第二宇宙速度之大，已經超越了光速，所以連光都無法從黑洞逃逸出來。所以射進黑洞的光沒有反射回來，我們的眼睛也自然看不到任何東西，只有一片漆黑。

註：人造天體無動力脫離地球引力束縛所需的最小速度。若不計空氣阻力，它的數值大小為11.2km/s。是第一宇宙速度的√2倍。

根據廣義相對論，引力場將使時空彎曲。當恆星的體積很大時，它的引力場對時空幾乎沒什麼影響，從恆星表面上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出。而恆星的半徑越小，它對周圍時空的彎曲作用就越大，朝某些角度發出的光就沿彎曲時空返回恆星表面。等恆星的半徑小到一特定值，即天文學上 的「史瓦西半徑」時，就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時，恆星就變成了黑洞。說它「黑」，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去都無法逃脫。但實際上，黑洞是「隱形」存在的。

註：史瓦西半徑是任何具有質量的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。 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。

史瓦西半徑

黑洞是如何形成的？

跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恆星演化而來的。當一顆恆星衰老時，它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料--氫，由中心產生的能量已經不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量，所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最後形成體積小，密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。

白矮星

質量小一些的恆星主要演化成白矮星，質量比較大的恆星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算，中子星的總質量不能大於太陽質量的3倍。如果超過了這個值，那麼將再也沒有什麼力量與自身重力相抗衡了，從而引發另一次坍縮。

中子星

根據科學家的猜想，物質將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積趨於零、密度趨於無限大的「點」。而當它的半徑一旦收縮到一定程度，正像我們上面所說的那樣，巨大的引力就使得光也無法向外射出，從而切斷了恆星與外界的一切聯繫。從此，黑洞誕生了。

黑洞的誕生

黑洞的「隱身術」

相比於其他的天體，黑洞顯得十分特殊。比如，黑洞有「隱身術」，人們無法直接觀察到它，連科學家都只能對它內部結構提出各種猜想。那麼，黑洞是怎麼把自己隱藏起來的呢？答案就是彎曲的空間。我們都知道，光是沿著直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍沿著兩點間最短的距離傳播，但走的已經不是直線，而是曲線。形象地說，光本來是要走直線的，只不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。

彎曲的時空

在地球上，由於引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恆星發出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光會通過彎曲的空間繞過黑洞而達到地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的「隱身術」。

使時空彎曲的黑洞

更有趣的是，有些恆星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球，它朝其他方向發射的光也可能被附近的黑洞引力折射而達到地球。這樣我們不僅能看見這顆恆星的「臉」，同時還能它的側面甚至背面。

黑洞也會爆炸？

所有的黑洞都會蒸發，只不過大的黑洞沸騰得比較慢，輻射非常微弱，因此令人難以察覺。但是隨著黑洞逐漸變小，這個過程會加速，以致最終失控。黑洞萎縮時，產生更多的逃逸粒子，從黑洞中掠奪的能量和質量也就會越來越多。黑洞萎縮得越來越快，促使蒸發的速度變得越來越快，周圍的光環變得更亮、更熱，當溫度達到1015℃時，黑洞就會在爆炸中毀滅。

如果將宇宙比作一個無邊無際的浴缸，那麼黑洞就是這個超級浴缸的下水道。它那巨大無比的引力，形成了一個極強的旋渦，任何靠近它的物質都會被吸進去。黑洞猶如一個神秘的監獄，它將所有的東西牢牢禁錮在裡面，甚至連光線都無法逃脫。這樣的黑洞就像一個永遠都吃不飽的魔鬼，不斷地吞噬物質，將它們壓碎，自己則慢慢長大。

黑洞漩渦

實際上，將宇宙比作一個浴缸是很恰當的。對於一個微小物體來講，水管是一個房間的浴缸通向其他房間浴缸的唯一通道。而黑洞則是我們的宇宙與理論上可能存在的無數其他宇宙之間聯繫的唯一途徑。

結語

任何物理定律在黑洞中都會失效，質量也非物質化。黑洞的邊緣是個有去無回的界限，物質在被吸入時會發射出極強的X射線，如同臨終前發出的絕望嘆息，也正是這絕望的嘆息才使我們「看見」了黑洞。

黑洞為我們解答許多科學難題提供了線索，引導人類在沒有邊界、超越了時空概念的宇宙間遨遊。