黑洞的新密码

黑洞研究史。

经典力学以牛顿和麦克斯韦为代表，但牛顿更出名一点。如果牛顿是塔顶上的一颗夜明珠，那么爱因斯坦就是夜明珠上空一颗非常耀眼的明星。现代物理以爱因斯坦的相对论和量子力学为两大支柱，而爱因斯坦又是当今科学界最有名的科学家。

1916年德国史瓦西，通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，这个解表明宇宙中存在黑洞这样的天体。并随此得出任何有质量的物质都存在一个临界半径，称此为史瓦西半径，即物体的实际半径小于其史瓦西半径就变成黑洞。随后英国科学家霍金和罗杰·彭罗斯等又研究了黑洞的一些性质；今年我国科学家通过慧眼研究了黑洞的冕，黑洞冕就是黑洞喷射出的等离子流，我国科学人员通过慧眼发现，当黑洞的冕逐渐衰弱时，它对黑洞吸积盘的照射程度也会减弱。

纵观研究史，爱因斯坦、史瓦西和霍金是到现在为止对黑洞研究贡献最大的三位科学家。

黑洞的认识。

黑洞要么质量非常大；要么密度极其大，因为密度=质量÷体积，所以质量小的黑洞，其体积必须极其小。宇宙中的黑洞一般质量非常大，是一种引力极大的天体，进入黑洞的东西几乎都不能出来，就连光这样的物质也无法逃脱黑洞的魔爪。

黑洞的黑，黑洞由于具有极其超强的引力，所以进入黑洞视界的物质无法出来，就连光也不能出来，这样我们就无法看到黑洞视界里面的任何物质。视界是一种界线，黑洞视界就是一个闭合曲面，其视界半径大于等于史瓦西半径（不旋转黑洞的视界半径为史瓦西半径，一般都近似球面）。

黑洞的吸积，吸积是各种天体最普遍的行为，天体通过引力把周围的物质吸入自身，使自己变得越来越强壮。宇宙中的黑洞更是如此，他用超强的吸引力把自己周围的物质吸入进去，使其质量逐渐变大，引力逐渐变强。黑洞就是依靠吞噬落入其中的物质而成长；但是当黑洞“进食”大量物质时，就会有高速等离子喷流从黑洞边缘逃逸而出。

黑洞的蒸发，黑洞并不是完全的黑，在特殊情况下是会蒸发的。英国科学家霍金发现黑洞有蒸发现象，他指出黑洞既可以通过吸积物质增加质量，也可以向外发射物质，使质量减小。从此改变了黑洞的经典图像：黑洞是一个物质只进不出的完全“黑”的天体。今天的黑洞模型已经不是那么黑了，他既可以吞进物质，也可以吐出物质。比如前面说的我国科学家研究黑洞冕的喷发，再比如正反粒子对在黑洞附近的分离。

霍金发现，量子真空会被黑洞强引力场极化，从而产生一对正反粒子，黑洞更容易捕获反粒子，而反粒子带有负能量，这样黑洞就损失了能量，根据爱因斯坦方程E=mc²，黑洞的质量就减少了。反粒子进入黑洞，正粒子留在宇宙时空中，从外部看粒子是从黑洞里出来，即黑洞蒸发了，这就是著名的霍金辐射。霍金辐射指出黑洞的温度与质量成反比，其质量越大，温度越低，辐射也越弱，所以质量大的黑洞蒸发就慢；否则黑洞蒸发就快。巨型黑洞一般蒸发相当缓慢；而小黑洞蒸发就快了，如果一些小黑洞蒸发加剧，最终可能导致爆炸而灭亡。霍金指出，如果宇宙的生命足够长，一些巨大黑洞也能蒸发完，即也能灭亡。

黑洞新探究。

(一)黑洞的颜色：

落入黑洞视界的物质都不能从黑洞里出来，就连光也无法逃脱此命运，黑洞是一个只吞不吐的贪得无厌的神秘天体；除非在特殊情况下黑洞才能释放物质粒子，比如前面说的黑洞冕或霍金辐射。难道真的是这样吗？回答这个问题之前，我们先做一个规定，规定是这样的：除了黑洞冕和霍金辐射两种情况外，黑洞里再不可能出来任何物质的情况称为黑洞的“灰”色，简称“灰”；黑洞只进不出的情况，称为黑洞的经典“黑”；而除了黑洞冕和霍金辐射，黑洞里还会出来其他物质的情况称为黑洞的“黑灰”。现在已经确定黑洞不是完全的黑，他具有灰色的性质，但是不是只是灰色的呢？答案是否定的，即黑洞除了灰这种颜色外，还有一种介于黑和灰之间的黑灰色，也就是说黑洞除了发生黑洞冕和霍金辐射外，还有别的物质出来。

黑洞的黑灰和引力子的关系。量子力学认为引力是两个物体交换引力子形成的，而爱因斯坦相对论则认为引力是时空弯曲导致的。

第一，如果引力只是由时空弯曲导致的，那么黑洞就可以只有灰色。爱因斯坦指出质量造成时空扭曲，质量越大，时空扭曲就越大，这样引力也就越大。我们都知道，两点之间线段最短，这是平面几何的短程线；然而在被弯曲的四维时空里，短程线也被弯曲了，所以物体在弯曲的四维时空中走的短程线是曲线。黑洞这样大质量的天体，他周围的时空是非常弯曲，物体在这样的时空里运动自然就走时空曲线，而且是内走向的时空曲线。依据这种理论，质量造成时空弯曲，时空弯曲导致引力形成，物质在弯曲的时空里自然而然走的是四维短程时空线。这样黑洞不用和外界交换引力子也可以实现引力作用，所以黑洞可以只有灰色。

第二，如果引力是物质交换引力子形成的，那么黑洞一定不只有灰这一种颜色。因为引力是引力子交换实现的，而黑洞又有极其强的吸引力，所以黑洞必然要和外界交换引力子，只有这样黑洞和周围的物体才能发生吸引关系，也只有这样黑洞才可以把周围的物体不断吞噬进去，从而实现逐渐壮大自己的梦想。这样黑洞除了灰，还有黑灰色。

第三，如果引力是时空弯曲和交换引力子二者共同形成的结果。那我们就要这样定义引力：物质的质量导致时空扭曲从而产生物质之间相互的吸引，相互吸引使物体之间通过彼此交换引力子而迫使他们发生运动状态的改变，这就是万有引力的本质。果真是这样，那么引力子必定存在，而黑洞除了灰色还有一种介于黑色和灰色之间的“黑灰”的颜色。

总上三种情况，如果引力是时空扭曲形成的，那么就没有引力子，黑洞就可以只有灰色；如果引力是物质交换引力子或是时空扭曲和引力子交换共同形成，那么引力子就存在，黑洞就不能只有灰色，也应该有一种介于黑色与灰色之间的黑灰色。

我猜想第三种可能性比较大，因为其一，时空弯曲存在；其二，在力的作用下物体运动状态改变了，就有能量的转化或转移。这只是一种猜想，所以在弄清楚之前想听听大家的一些想法，即使是蛛丝马迹，我也如珍似宝。

(二)黑洞的结构：

黑洞无毛定理，即无论什么样的黑洞，其最终性质仅由质量、角动量、电荷这三个物理量唯一确定 。而实际上除了上面这三点，黑洞还有其他结构禀性。黑洞有大有小，这个大小不仅仅限于质量的多少，也有体积的大小。但实际观测到黑洞体积的大小是根据黑洞的史瓦西半径算出来的，这是黑洞的虚半径；而黑洞的实际半径是黑洞吸积盘内侧线到黑洞中心的距离。黑洞从史瓦西半径视界之外的吸积盘到黑洞中心，至少可以一共分三层，它们从外到里依次是吸积盘、洞核、洞心。

吸积盘是一种由弥散物质组成的、围绕黑洞中心体转动的结构，它是包围黑洞的气体盘，是黑洞体积的重要部分，但其质量所占黑洞比例非常小。盘内的气体螺旋下落，逐渐被吸积到黑洞洞核。洞核是吸积盘与洞心之间的质能粒子区域，他的体积非常小但质量非常大。洞心是黑洞的中心区域，是黑洞体积最小、密度最大、引力也最强的部分，那里是黑洞所有物质的归属地。

前面一篇文章《宇宙外面的奥秘》一文中讲到，时间和空间是物质存在和运动诞生的，并随物质的运动而变化。黑洞里有大量的物质，所以黑洞内部也有时空，只不过是扭曲非常厉害的时空。 黑洞里的物质，总的方向是向洞心进军，但进军的过程不是一帆风顺的，是非常曲折的艰辛历程，其中有物质的碰撞、上下的反弹、彼此的相互作用等等，所以黑洞内的空间至少三维甚至更多。黑洞里的时间虽然扭曲了，但也是一维的，至少在洞心之外的吸积盘以及洞核区域是一维的，在这两个区域时间箭头由外指向内，直至洞心。洞心之内的时空就比较复杂难测了。

(三)黑洞的蒸发：

霍金辐射认为黑洞可以蒸发，如果宇宙的年龄足够长，所有黑洞都会蒸发直至灭亡。我认为不一定。前面黑洞的结构中说黑洞分三层，其最里层是洞心。洞心可能有两种模型，洞心存在奇点或洞心没有奇点。

第一，如果洞心存在奇点，由于奇点是一个体积无限小、密度能量无限大的具有极强引力的神秘几何点，所以奇点内的东西无论如何也不可能通过霍金辐射蒸发出来，更不存在蒸发完结，所以有奇点的黑洞是不能通过霍金辐射蒸发至灭亡。奇点内的东西只有通过白洞的方式才能释放出来，这跟霍金辐射有本质的区别。

第二，如果洞心不存在奇点，理论上黑洞才可能通过霍金辐射蒸发直至灭亡。黑洞允许没有奇点吗？当然允许。我们知道奇点是一个能量密度无限大的神秘几何点，要形成这样一个奇点，那条件是极其苛刻的，所以黑洞的洞心有不存在奇点的可能性，至少幼年黑洞有不存在奇点的情况。如果黑洞洞心没有奇点且其形成奇点的时间特别长，一些没有奇点的黑洞就可以通过霍金辐射蒸发完，也就是说黑洞洞心还没来得及形成奇点，黑洞就蒸发完了。

故黑洞中心有奇点或没有奇点两种可能，有奇点的黑洞不可能通过霍金辐射蒸发完；没奇点的黑洞在理论上才可以通过霍金辐射蒸发直至灭亡。

再次渴求有爱心的、爱思维的热心人，对万有引力以上那三种情况的选择，给予宝贵意见！

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