地球人怎么发现黑洞的~难道黑洞在地球周围出现过?

地球人怎么发现黑洞的~难道黑洞在地球周围出现过?
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地球人怎么发现黑洞的~难道黑洞在地球周围出现过?
黑洞
　　“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.
白洞
　　黑洞就象宇宙中的一个无底深渊,物质一旦掉进去,就再也逃不出来.根据我们熟悉的“矛盾”的观点,科学家们大胆地猜想到：宇宙中会不会也同时存在一种物质只出不进的“泉”呢?并给它取了个同黑洞相反的名字,叫“白洞”.
　　科学家们猜想：白洞也有一个与黑洞类似的封闭的边界,但与黑洞不同的是,白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向边界外部运动,而白洞外部的物质和辐射却不能进入其内部.形象地说,白洞好象一个不断向外喷射物质和能量的源泉,它向外界提供物质和能量,却不吸收外部的物质和能量.
　　白洞到目前为止,还仅仅是科学家的猜想,还没有观察到任何能表明白洞可能存在的证据.在理论研究上也还没有重大突破.不过,最新的研究可能会得出一个令人兴奋的结论,即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身!也就是说黑洞在这一端吸收物质,而在另一端则喷射物质,就像一个巨大的时空隧道.
　　科学家们最近证明了黑洞其实有可能向外发射能量.而根据现代物理理论,能量和质量是可以互相转化的.这就从理论上预言了“黑洞、白洞一体化”的可能.
　　要彻底弄清楚黑洞和白洞的奥秘,现在还为时过早.但是,科学家们每前进一点,所取得的成绩都让人激动不已.我们相信,打开宇宙之谜大门的钥匙就藏在黑洞和白洞神秘的身后.

通过观察和计算

黑洞，天文学名词。所谓“黑洞”，是引力场很强的一种天体，就连光也不能逃脱出来。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。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。

全部展开

黑洞，天文学名词。所谓“黑洞”，是引力场很强的一种天体，就连光也不能逃脱出来。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。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。
广义相对论预言的一种特别致密的暗天体[1]。大质量恒星在其演化末期发生塌缩，其物质特别致密，它有一个称为“视界”的封闭边界，黑洞中隐匿着巨大的引力场，因引力场特别强以至于包括光子(即组成光的微粒，速度c=3.0×10^8m/s)在内的任何物质只能进去而无法逃脱。形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量，当然，这是最后的星核质量，而不是恒星在主序时期的质量。除了这种恒星级黑洞，也有其他来源的黑洞——所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期，而所谓超大质量黑洞可能存在于星系中央。（参考：《宇宙新视野》）黑洞可以经由电子仪器观查到。
黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。虽然这么说，但黑洞还是有它的边界，即“事件视界（视界）”。据猜测，黑洞是死亡恒星的演化物，是在特殊的大质量超巨星坍缩时产生的。另外，黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡极限的恒星演化到末期而形成的，质量小于钱德拉塞卡极限的恒星是无法形成黑洞的。（有关参考：《时间简史》——霍金著和《果壳中的宇宙》——霍金著）
我们知道，太阳现在的半径是七十万公里。假如它变成一个黑洞,半径就的大大缩小.缩到多少?只能有三公里.地球就更可怜了,它现在半径是六千多公里.假如变成黑洞，半径就的缩小到只有几毫米.那里会有这么大的压缩机，能把太阳 地球缩小的这么!这简直象《天方夜谭》里的神话故事,黑洞这东西实在太离奇古怪了。但是，上面说的这些可不是凭空想象出来的,而是根据严格的科学理论的出来的.原来,黑洞也是由晚年的恒星变成的,象质量比较小的恒星,到了晚年，会变成白矮星；质量比较大的会形成中子星.现在我们再加一句,质量更大的恒星,到了晚年，最后就会变成黑洞.所以，总结起来说,白矮星 中子星和黑洞,就是晚年恒星的三种变化结果.
按照黑洞定义，它不能发出光，我们何以希望能检测到它呢？这有点像在煤库里找黑猫。庆幸的是，有一种办法。正如约翰·米歇尔在他1783年的先驱性论文中指出的，黑洞仍然将它的引力作用到它周围的物体上。天文学家观测了许多系统，在这些系统中，两颗恒星由于相互之间的引力吸引而互相围绕着运动。他们还看到了，其中只有一颗可见的恒星绕着另一颗看不见的伴星运动的系统。人们当然不能立即得出结论说，这伴星即为黑洞——它可能仅仅是一颗太暗以至于看不见的恒星而已。
还有其他不用黑洞来解释天鹅X－1的模型，但所有这些都相当牵强附会。黑洞看来是对这一观测的仅有的真正自然的解释。尽管如此，我和加州理工学院的基帕.索恩打赌说，天鹅X－1不包含一个黑洞！这对我而言是一个保险的形式。我对黑洞作了许多研究，如果发现黑洞不存在，则这一切都成为徒劳。但在这种情形下，我将得到赢得打赌的安慰，他要给我4年的杂志《私人眼睛》。如果黑洞确实存在，基帕.索思将得到1年的《阁楼》 。我们在1975年打赌时，大家80％断定，天鹅座是一黑洞。迄今，我可以讲大约95％是肯定的，但输赢最终尚未见分晓。
现在，在我们的星系中和邻近两个名叫麦哲伦星云的星系中，还有几个类似天鹅X－1的黑洞的证据。然而，几乎可以肯定，黑洞的数量比这多得太多了！在宇宙的漫长历史中，很多恒星应该已经烧尽了它们的核燃料并坍缩了。黑洞的数目甚至比可见恒星的数目要大得相当多。 单就我们的星系中，大约总共有1千亿颗可见恒星。这样巨大数量的黑洞的额外引力就能解释为何目前我们星系具有如此的转动速率，单是可见恒星的质量是不足够的。我们还有某些证据说明，在我们星系的中心有大得多的黑洞，其质量大约是太阳的10万倍。星系中的恒星若十分靠近这个黑洞时，作用在它的近端和远端上的引力之差或潮汐力会将其撕开，它们的遗骸以及其他恒星所抛出的气体将落到黑洞上去。正如同在天鹅X－1情形那样，气体将以螺旋形轨道向里运动并被加热， 虽然不如天鹅X－1那种程度会热到发出X射线，但是它可以用来说明星系中心观测到的非常紧致的射电和红外线源。

收起

这要牵涉到理论物理，宇宙论家霍金推理出微型黑洞爆炸理论便是这样，就像爱因斯坦的相对论一样，凭借的只有自己的高智商大脑

通过观察黑洞周围光线的扭曲也就是引力场的扭曲来预测黑洞。
黑洞可以放出X射线，通过这一点也可以预测。
科学家不能肯定空间中某一处有黑洞，只能猜测。

我也想知道，人类是怎么发现黑洞这种高端货的。

其实黑洞的成因百度搜搜就知道了，还有黑洞吸东西不是吸进去就完了，它是不断会喷出辐射和能量的，这根别的天体的特征不一样，而且如果结合望远镜，其他区域好好的，繁星点点，唯独有一片什么都没有一片漆黑，黑色区域周围或者出现光线扭曲现象，而这片区域正好有上述天体特征，那就能断定可能有黑洞存在。黑洞具体是怎么样的没人知道无法描述，现在都是猜测，你要是开艘飞船过去你也发现不了，因为黑洞不发光又吸纳光，你看不到，...

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其实黑洞的成因百度搜搜就知道了，还有黑洞吸东西不是吸进去就完了，它是不断会喷出辐射和能量的，这根别的天体的特征不一样，而且如果结合望远镜，其他区域好好的，繁星点点，唯独有一片什么都没有一片漆黑，黑色区域周围或者出现光线扭曲现象，而这片区域正好有上述天体特征，那就能断定可能有黑洞存在。黑洞具体是怎么样的没人知道无法描述，现在都是猜测，你要是开艘飞船过去你也发现不了，因为黑洞不发光又吸纳光，你看不到，只有用仪器探测到。

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对宇宙中存在黑洞这类大引力天体的猜想由来已久，远在牛顿发现万有引力定律之前。

逃逸速度的概念早已被人熟悉。一个人向前抛出石块，否认初速度多快，石块还是会落回地面。但用的力气越大，石块就会飞的越远。那么就总是会有一个速度，在这个速度下，石块飞行线路向下弯曲的程度恰好等于地球表面的弯曲程度，这个石块就会沿着地球表面永远飞行下去。这个速度就是地球的第一宇宙速度，9.8千米/秒。如果继...

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对宇宙中存在黑洞这类大引力天体的猜想由来已久，远在牛顿发现万有引力定律之前。

逃逸速度的概念早已被人熟悉。一个人向前抛出石块，否认初速度多快，石块还是会落回地面。但用的力气越大，石块就会飞的越远。那么就总是会有一个速度，在这个速度下，石块飞行线路向下弯曲的程度恰好等于地球表面的弯曲程度，这个石块就会沿着地球表面永远飞行下去。这个速度就是地球的第一宇宙速度，9.8千米/秒。如果继续加速，石块就会脱离地球的引力，跑到地球引力以外的空间去，这个速度是11.2千米/秒。
对其他任何一颗行星、恒星或其它天体，也很容易算出这个速度的大小。这个速度只与这个天体的质量和半径有关，而与被抛射的物体无关。质量越大，所需要的速度就越大；质量一定时，半径越小，所需要的速度越大。这就是说，一个天体质量越大（或者说越致密），它表面的逃逸速度也越高。
关于黑洞的思想，正是把简单的逃逸速度的概念推向极致。

1676年，一个叫奥拉斯·雷默的人就曾说过：“通过对木星卫星进行的观测，已经知道光速大约是30万千米/秒。那么不难想像，有一种天体的存在，在它上面的逃逸速度大于光速。”英国的约翰·米切尔于1783年、法国大数学家西蒙·拉普拉斯于1796年也说：如果一个星球的质量与太阳相同而半径是太阳的500倍，外界的一个物体向这个星球掉落时，到达它表面的速度将超过光速。所以，假定光也像其他物体一样，被与惯性力成正比的力所吸引，所有从这个星球发射的光将被这个星球的引力拉回来。除此之外，两人还猜想，宇宙中这类看不见的黑暗天体可能像恒星一样多。
但这类天体毕竟是不可见的。于是，米切尔和拉普拉斯的想法被人们遗忘了。直到广义相对论建立。

现在我们知道，时空是弯曲的。而时空的弯曲必须有强大的质量造就强大的引力。这已经由日全食时恒星光线的弯曲和水星的近日点进动所证明。
爱因斯坦的引力理论极为复杂，以至于很难被人理解。于是，有人用了一句简单的话说明广义相对论，“物质告诉时空应该如何弯曲，时空告诉物质应该如何运动”。

恒星是宇宙中的巨大天体，因而也具有强大的引力。恒星的一生就是对自身引力的持久、拚死的反抗，用内部产生的能源向外的辐射来对抗向内的引力。但对于任何质量的恒星，它的能源总是有限的，引力终将胜利，恒星终将被自身的引力所压缩。当恒星内部的能源用尽时，热核反应的速率迅速缩减，恒星向外的辐射压减小，向内的引力占据上风，恒星外层向外膨胀，而内核在向内收缩，成为红巨星。
但红巨星远不是恒星生命的终结。一颗恒星的命运完全取决于它的质量（至少对于单颗恒星而言是这样的。双星的演化要复杂一些。但不能不说，因为这与我们目前寻找和确定黑洞大有关系。后面还要细说）。太阳可以稳定燃烧100亿年，而质量10倍于太阳的恒星，这一阶段要短1000倍。红巨星阶段的恒星，其内部的氢已经完全聚变为氦，且其中的氦也已经燃烧聚变为碳、氧、氖等更重的元素，并沉积在恒星中央。以氢、氦为主的轻元素则分布在恒星的外层，如果温度足够高，它们还会继续燃烧聚变为硫、钠、钙、镁等，直至铁。但这时，恒星已经不能维持它的稳定，而是开始一胀一缩地脉动，其脉动周期与质量严格对应，并在脉动时向外损失外层质量。这一阶段的恒星称为造父变星。此后，视恒星的质量不同，外层气体可能会平静地消散，会露出中央的恒星核，成为一颗白矮星。质量大的（超过钱德拉塞卡极限，1.4太阳质量），会以超新星爆发的形式，把外壳炸开，成为一颗中子星。星核的密度很高。一个尺度与行星类似而质量等于太阳的白矮星，其平均密度可达800千克/立方厘米。比地球上密度最高的金属（金或铂）还要高4万倍，相当于把巴黎的艾菲尔铁塔压缩到30立方厘米的体积。中子星的密度则更高，会超过1亿吨/立方厘米。

但假如恒星质量更大呢？比形成中子星所要求的质量还要大，那会怎么样呢？
1939年，美国的罗伯特·奥本海默（原子弹之父）和哈特兰·施罗德应用量子力学和广义相对论得出，如果质量继续增大（超过3倍太阳质量），就不能形成稳定的中子星。巨大的质量使中子也无法支撑星体结构，星体会继续坍缩，直至收缩为体积为零，而密度为无穷大的“点”。所要求的母体恒星（即没有发生超新星爆发前的恒星）质量为10倍太阳质量。
换句话说，只要是质量超过10倍太阳质量的恒星，最终都不可能形成稳定的中子星，都必然会坍缩成一个“点”。
但这时，它的引力及时空情况又是如何呢？

1915年12月，广义相对论诞生不过一个月的时间，第一次世界大战如火如荼。爱因斯坦收到一封
寄自俄国前线的信，发信人是普通士兵卡尔·史瓦西。史瓦西应用广义相对论方程，详细计算了一个点状引力源周围的时空特性。史瓦西得出，随着与点状引力源距离的缩短，时空几何出现奇异性。当距离r＝2GM/c^2（M为中心质量，G为牛顿的万有引力常数，c为光速）时，空间和时间都丧失了自己的特性，时间趋于无限（可以理解为时间停滞了），空间弯曲到了自身，就是说，引力已经强大到光也无法逃脱了。而这正是米切尔和拉普拉斯根据牛顿力学得出的天体表面逃逸速度等于光速时的情形！
这个距离对太阳质量是3千米，对100万倍太阳质量是300万千米。对地球则是1厘米。在这个距离上，所有天体都是黑的，是不可见的。黑洞终于出现了。
“黑洞”这个名字，是美国物理学家约翰·惠勒1967年12月，在纽约一次科学课上首先使用的。

恒星级别的黑洞是大质量恒星演化到终结时的残骸，是宇宙空间中的强引力源。黑洞是“黑”的，是看不见的，在它的附近也只能感受到它的引力作用。那么怎么才能找到它呢？
在太阳附近（也就是在地球附近），我们从未发现有引力异常之处。对于遥远的单颗恒星而言，如果收缩成为一个黑洞，我们也感觉不到它。要找到黑洞，我们就不得不借助于双星了。

双星是太空中两颗相互靠的很近的恒星，相互围绕着转动，两颗恒星的质量通常不相同，但是它们是同时形成的。正是由于质量的不同，它们的演化速度就不同，演化程度也就不同。其中质量较大的一颗（叫主星）演化的快，另一颗（叫伴星）演化的慢。演化快的一颗首先用完了它的核燃烧，成为一颗红巨星，而质量较小的一颗还在主序星阶段。红巨星的外层要膨胀，而膨胀到一定程度，就会接触到另一颗恒星的引力范围。于是在双星系统中，红巨星就有一个最大允许体积，叫洛希体积，相应的半径，叫做洛希半径，因为这是法国科学家洛希首先计算得到的。当红巨星膨胀到它的洛希半径时，超出半径的气体物质就会脱离它的引力，到达小质量伴星的引力范围，这颗伴星就会当仁不让地吸收这些气体物质，并包裹在它的周围，成为它的核燃料。这样一来，两颗恒星之间就会发生质量转移。主星的膨胀和质量转移是同时发生的。到转移结束时，主星外层气壳完全脱去，成为小质量星；伴星吸收了主星的质量，成为大质量星。如果主星的剩余质量仍然大于3倍太阳质量，那么这颗恒星还会继续收缩，并最终经过超新星爆发而成为一个黑洞。但两颗星之间的关系不会变化，已经成为大质量星的伴星仍然与这个黑洞相互围绕着运行。
伴星继续演化，总有一天，它也成了红巨星，并膨胀到刚好充满它的洛希体积。继续膨胀时，它也开始丢失质量，丢失的质量又会向黑洞掉落。

恒星都是旋转的。恒星演化为黑洞时，恒星固有的旋转角动量依然存在，并被黑洞完全继承。旋转的黑洞会拖拽着它周围的时空一起旋转，落向黑洞的恒星物质不会直接进入黑洞，而是会在黑洞的周围形成一个旋转的圆盘，物质在圆盘中呈螺旋线形式落入黑洞。这个圆盘叫吸集盘。
1970年，美国从肯尼亚附近的印度洋发射了一颗人造卫星，目的是探测宇宙空间的X－射线。很快，这颗卫星发现了许多X－射线源（在地球上，由于大气层的阻隔，探测不到来自太空的X－射线），其中一个是半人马座X－3（即位于半人马座的编号为3的X－射线源）。这个射线源强度很强，平均强度比太阳所有辐射波段强度的总和还要强1万多倍。而且会变化，有一个4.84秒的变化周期，说明这是一颗尺度极小、且高速旋转的中子星（其理由就不细说了）。除此之外，它每隔2.1天，就会有12个小时不发射X-射线，说明它还是一对双星的成员，每隔2.1天，就会被它的伴星遮掩12个小时，X-射线也就探测不到了。
想一想水电站的工作原理。水从高处落下，重力势能转变为动能，并释放出来，推动水轮机的叶片做功。人马座X－3与此类似，伴星充满它的洛希体积，物质落入中子星。其外围也有一个吸集盘，物质在吸集盘中旋转着落向中子星。物质在高速冲击中子星表面时，速度高达10万千米/秒，其势能转变为动能，会形成超过1亿度的高温，高温气体会发射出来强烈的X－射线。类似的还有武仙座X－1、天鹅座X－1等。
计算表明，当有大量物质旋转落入黑洞的过程中，也可以发射出强烈的X－射线，甚至能量更高的γ－射线。而宇宙中确实探测到了数量不少的γ－射线源。
否认双星系统是否发出X－射线，其质量都可以通过其光变周期、多普勒红移等方法计算得到。在X－射线双星中，如果其中一颗星的质量在1.4－3倍太阳质量之间，那它无疑是中子星。但如果它的质量大于3倍太阳质量，它还会是中子星吗？

天鹅座X－1是1965年发射的一颗X－射线探测火箭发现的，1970年发射的X－射线探测卫星对它进行了详细探测，它距离我们大约6000光年。在天鹅座X－1的位置上，有一颗质量为25－40倍太阳质量的高温蓝色恒星，但这类恒星是不可能发出X－射线的。因此必定有一颗看不见的伴星在吸取它的质量，并加热到数百万度的高温，都能发出如此强烈的X－射线。仔细观测后发现，这颗蓝色恒星有5.6天的轨道摆动周期，说明的确有一颗伴星。而且这颗伴星与蓝色恒星的距离只有短短的300万千米。进一步的测量和计算显示，这颗看不见的伴星的质量是7倍太阳质量。
到此为止，一切证据都显示，天鹅座X－1是一个黑洞！

这是人类发现的第一个黑洞。

候选的黑洞还有几个。
如LMCX－3，它不在我们银河系，在银河系的一个卫星系－－大麦哲伦星系中。它的光学伴星（我们能看到的）是一颗高温蓝色恒星，质量在4－8倍太阳质量之间。而看不见的伴星的质量是7－14倍太阳质量。
再如A0620－00，在银河系以内，距离我们大约3000光年。与前一个不同的是，它的可见星是一颗比太阳小的恒星，而看不见的伴星的质量最少也有3.2倍太阳质量，最大可能质量可达7倍太阳质量。

黑洞就是这样被发现的。


参考资料：《黑洞》－－作者：（法）约翰－彼埃尔·卢米涅

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