黑洞與一顆巨型的恒星組成一雙星系統，伴星的氣體物質以螺旋軌道沖進黑洞，產生高熱及高能輻射。


何人訂出"黑洞"一詞？

您相信嗎？雖然 Karl Schwarzschild 在 1916 年就發現了廣義相對論中非旋轉黑洞的解，但是一直到 1967 年它才由諾貝爾物理學獎得主 John Wheeler 定名為"黑洞"(black hole)。在此之前，理論學家稱之為"陷縮星"(collapsar) 或一些其他並不貼切的名詞。

何謂黑洞?它是怎樣形成的？

黑 洞 是 一 個 時 空 的 黑 暗 區，它是由具有極大質量的超巨星在塌陷時所造成的，恆星的核心在本身重量的影響下非常快速的收縮，並釋放出強勁的暴發能量，如果核心物質大的使塌陷無限地繼續下去，便產生了黑洞，在重力巨大的擠壓下，所留下的物質有難以想像的高密度。由於黑洞的質量非常大，使得它們具有強大的重力場，這些力量大的連光線也無法逃出它的手掌心，這也就是為什麼它要叫做黑洞的原因了，在它的邊界內你看不到任何東西。的 基 本 特 徵 是 有 一 個 封 閉 的 視 界 。 這 視 界 就 是 黑 洞 的 邊 界 ， 一 切 外 來 的 物 質 和 輻 射 可 以 進 入 這 視 界 以 內 ， 但 視 界 內 任 何 物 質 都 不 能 從 裡 面 跑 來。

「黑洞」，顧名思義就是一個漆黑的洞。因其周圍存在巨大的引力場引力過強，以至於連自己發出的光線都無法由其中逃脫而出。就連光線由外射入 ，也像射入無底洞。然而大質量塌縮的恒星是如何到達此情境的呢?試想一物體於一塌縮星的表面，隨著恒星塌落而凝縮，不停的靠向中心，重力愈來愈強。(天體的重力離中心愈近愈大)而恒星愈收縮，要離開它的表面速度要求愈大。當恒星塌縮到到光速時，已幾乎無任何物體可逃脫而出。(根據愛因斯坦相對論而言，光速是所有物体速度的極限，幾乎沒有任何物體的速度會超過光速。)而塌縮到光速都無法逃出時，任何物體都不可能再從黑洞中出來。當恒星塌縮到此一境界時，這時黑洞所呈現的半徑就稱為「史瓦西半徑」。假設地球也做如此的塌縮，那此時地球的史瓦西半徑就為一厘米寬。但恒星並非一定凝縮到此程度才形成不可逃脫的表面。質量愈大，其史瓦西半徑內的物質密度愈小。如質量是太陽一億倍的，縮到水的密度便達到史瓦西半徑了。

,換句話說, 當 一 顆 質 量 相 當 大 的 星 體的 核 能 耗 盡 後 ， 沒 有 輻 射 壓 力 去 抵 抗 重 力 ， 平衡 態不 再 存 在 ， 這 星 體 將 全 面 塌 縮 ， 成 為 中 子星 。 若 其 質 量 仍 大 於 三 個 太 陽 質 量時 ， 那 麼 連 中 子 簡 併 氣 體 壓 力 也 不 能 平 衡 重 力 ， 星 體 將 斷續 塌 縮 至 它 的 重 力半 徑(rg)範 圍 之 內 ； 這 時 引力 之 大 足 以 使 一 切 粒 子 ， 包 括 光 子 ， 都 被 引 回 星體 本 身 ， 不 能 外 逸 。 這 就 形 成 黑 洞 。重 力 半 徑 又 稱 史 瓦 半 徑 ， 它 只 與 體 的 質 量 成 正 比 。

黑洞的參數

要 了 解 一 顆 星 體 ， 我 們 需要 很 多 參 數 ， 但 當 它 塌 縮 成 為 一 個 黑 洞 ， 任 何 物 質都 不 能 逃 離 它 ， 因 此 我 們 是 無 法 觀 測 到 任 何 有 關 它 的 信 息 。 根 據 研 究 ， 只 有三 個 基 本 參 數 ， 質 量 、 電 苛 和 旋 轉 ， 我 們 才 能 在 遠 距 離 探 測 到 ， 這 就 是 " 黑洞 沒 有 毛 髮 " 定 理。理 論 上 ， 黑 洞 可 按 積 分 成 小 、 中 和 大 三 類 ， 已 有 好 些 証 據 顯 示 ， 中 型 黑 洞 是大 星 體 在 其 生 命 終 結 時 ， 星 體 內 陷 和 坍 塌後 所 留 下 的 遺 骸 ， 而 大 型 黑 洞 則 存在 於 很 多 星系 中 ， 可 能 包 括 我 們 身 處 的 星 系。

黑洞與相對論：

　　在這裡又談到愛因斯坦的相對論。本來黑洞並非一定得由大質量的恒星演變而成， 只是一般星體不可能一下子縮到底。所以恒星演變成黑洞只有經由大質量塌縮這一途徑。此結論已由相對論導出，至於黑洞與外界斷絕關係，我們可以把其形狀試想成細長瓶子狀。進入瓶子的一切短程線，都只能按弧線落到其底部。因此形成禁錮的空間，任何物體都無法逃出。但這個禁錮空間對外界是開放的，只是進的去出不來而已，也就是它和外界相通只有單向性。這個禁錮空間的內外分界稱為「事界」(Event horizen)，也就是史瓦西半徑的界面，過了這界線，外界就無從得知了。內部的人最遠只能到達史瓦西半徑界面，亦即事界是他們世界的端點。而史瓦西界面是由史瓦西首先依據相對論所求出的解，後人便稱之為史瓦西黑洞。然而其實事界的概念已先於愛因斯坦早存在，但他創見性的兩點在於時空彎曲以及光速是一切物體運動的極限。

黑洞的界限

當一個黑洞形成後，所有物質都會向中心場縮成高一個非常細小的質點，稱為奇點 ，黑洞的表面層稱為"事件穹界"。而這表面層和中心奇點的距離就是史瓦半徑。任何物質要從黑洞的史瓦半徑跑到外面去，它的逃離速度 便要大於光速。但根據狹義相對論，光速是速度的極限，因此，一切物質到了事件穹界便扯向中心的奇點，永不能逃出來。

　 怎樣探索黑洞

由於黑洞不能發出光線，體積又非常細小，所以是不可能用天文望遠鏡規測得到的。但根據理論， 如果一對雙星中的伴星是黑洞，那麼主星的物質被吸引向黑洞而形成一個吸積環。由於吸積環的物質互相摩刷而引起高溫，因而輻射X光線。於是黑洞搜索者就將重點於X射線密近雙星上。 按照恒星演化理論，黑洞是恒星演化的最後階段，即是「死亡」了的恒星。由於黑洞不會放射出物質或輻射，我們便不能直接觀察到黑洞。但是黑洞可以與鄰近的恒星構成雙星系統，從地球上看來，那可見的恆星 (伴星) 便好像是與一個看不見的天體不停地大跳華爾滋 ，從它的蹣跚運動的程度可推算出那看不見天體的質量，如果那天體的質量非常龐大，便很有可能是一個黑洞。此外，黑洞的巨大引力使伴星的氣體物質以螺旋軌道沖進黑洞，由於被急速壓縮，物質的溫度變得很高，從而產生Χ射線和射線，在地球上觀察這些射線，便可找到黑洞存在的證據。


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1962年，人們探測所得，位於天鵝座鵝頸內有一股X射線，並將該源命名為是非常有可能是一黑洞。 天鵝座X-1是一X射線源，它的一顆子星是超藍巨星，那可能是黑洞而看不見的子星質量。

黑洞的存在

於1990年4月27日，哈勃太空望遠鏡的啟用，為人類探索太空夫揭開了新的一頁，雖然在製造時出了錯誤， 使影像大打折扣，可是仍對天文學有莫大的貢獻。 近來人類對一直只是存在於理論範疇內的黑洞，已透過哈勃太空望遠鏡，有了進一步的証據。 於仙女座大星系M31附近的M32發現了一個質量大於太陽三百萬倍的黑洞。M32是在我們的銀河系附近，距離地球2.3百萬光年的星系。它是人類所知密度最高的星系，於直徑只有一千光年的範圍內（我們的銀行河系直徑約十萬光年），包含了四百萬顆星，中心和密度是我們的銀河系100個一百萬倍左右。假設你生活於M32中心的行星上，你會見到一個密佈星光的夜光，光度比一百倍滿月還要亮。科學家是由星星於該星系的活動，及其中心密度而推測的。此星系內之星星移動速度較之於一般星系每秒快了100公里。 對於此發現，實對各天文學者的一大鼓舞，相信以後哈勃望遠鏡，必能為人類揭開更多太空的神秘之謎。

黑洞與時間：

　　在我們的的世界中，空間是自由的，你可以隨意上下左右移動；但時間只有一個方向，你不能使時光倒流。靠近事界時，時間進程減緩了，但是方向沒有改變。而在事界中，則恰恰相反，我們不能在空間自由行動了，但卻可在時間上後退。黑洞中的物體毫無辦法的向下落，亦即絕對不停止的衝向黑洞中心。在外界不斷向時間的一方流逝，在事界卻變為不斷的向中心走去，捨此別無它途。我們每個人都有自己的內在"時鐘"，這時鐘和某人一起行動，其時刻便稱為他的「本位時」(Proper time)。由於各種原因，各人的本位時皆不同。只是地球上的本位時差太微小了，所以大家可以校準，但靠近事界的人和遠方的人本位時去卻相差很多。由於運動系統時間的延滯，不同速度的系統時間就相異了。靠近黑洞時的強引力，相對於周圍世界產生加速度，同樣也就有時間延滯。光的紅位移亦可表明此一效應。光有能量，也就是有質量，一樣受到引力場的作用，它要克服事界的巨大力量，一定付出能量的代價。光的能量由頻率決定，越靠近事界的光，跑出黑洞範圍的頻率越跌落的厲害。如果以光的脈動來做計時裝置，那麼愈靠近事界處的鐘就走的越慢。

黑洞的利用：

　　物理學家把有序的相反概念，也就是無序狀態叫做熵(Entropy)。 一個封閉的物質世界系統，無論甚麼物理變化，全熵量即無序的總量絕不減少，這稱熱力學第二定律。最後熵達到最大而成平衡狀態，這就是所謂的熱寂，這時到處能量分佈相同，宇宙再也活不起來了。沒有運動，也就是沒有時間，宇宙就不存在了! 　　引力能的熵比核能以及熱運動能的熵小得多，通常引力場絕非無序的。但黑洞把通常共存物體吞噬進去，就使黑洞失去多樣性而驅於統一，於是就包含一定的熵，把黑洞引力場轉為其他形式就不能百分之百有用。但黑洞有熵是肯定的。若非如此，投入極大量的無序的東西到黑洞中，豈非全體熵減小了。這就和熱力學第二定律相違背了。而黑洞的引力能，可看為存於表面，恰如水滴表面張力那樣的表面能。如果給水滴補充能量，它就會激烈震動而分裂。因為面積不夠容納更大的能量。同樣的，如果對黑洞施以能量，類似的理由它會震動，用引力波放走能量，因為它不能分裂。它的表面積依然和初始界面表面積一樣，亦即表面積不能減少，這可稱為「不減能」。黑洞一形成，對應的表面積就是永遠不可滅。再來談到若黑洞自轉或帶電的話，其塌縮星的能量便對應增加。因為各個電場互相排斥，要合成一體必須作功。所以電荷凝縮伴隨著電場能量的儲存。以後吸收等量反符號電荷，變成中性，就等於把儲存的能量放出。事實上，塌縮星的全部能量包含了寄存的電量。而黑洞有不可滅表面能量、自轉能量、電場能量三種。自轉能和電場能不是以熵的形式寄存的。旋轉速度降低、電荷中性化，就可送出能量，所以只有表面能是熵性的。 但要如何獲得其能量呢?在這裡提供了「彈道法」。它是把物體射入能層，讓它分裂為二。一個跌進了事界，一個拋了出來，而跑出的便帶走了能層的能量。　　　

黑洞有一個奇異點，這是甚麼？事象地平線、蟲洞又是甚麼呢？有人說進入黑洞（蟲洞）能作超時空的旅行，在白洞出來，有可能嗎？

所謂的「奇異點」，是在黑洞內部的一個區域，根據愛因斯坦的廣義相對論，時間、空間的曲率在此處會成為無限，不過目前我們除了理論上的說法外，沒有人真正了解當接近到一個奇異點時，會發生什麼狀況。 在黑洞周圍有一界限，在此界限上，光剛好還能逃出黑洞無限強的引力，這個界限就叫做「事象地平線」。也就是說，只要進入事象地平線以內，連光都萬劫不復了！

至於「蟲洞」，我們可以想像：時空是位於蘋果的表面，為了聯繫蘋果表面上的兩個點，蟲從一點開始咬，經過蘋果內部而到達另一點，這個洞穴可以說是連接時空相異兩點的捷徑。如果我們能接兩個黑洞，避開內部的奇異點而連接起來，就會形成蟲洞。

從黑洞進去，從白洞出來，做超時空的旅行，現在只是一種理論，真的要實現，還市惠碰到許多問題，例如：白洞在哪裡？如何安全地進入黑洞？只有類似這些問題解決之後，我們才能做真正的超時空旅行。

　如果能倖存於黑洞中，會看到何種景象？

坦白說，沒有人知道答案！我從來沒有看到過相關的計算結果，從廣義相對論導出的黑洞的解，通常依其幾何性質而有不同的時空變化，所能看到的一切景象一定是處於劇烈的光學曲變狀態，就像萬花筒一般，所有的輻射，依其光源不同而呈現不同的紅位移與藍位移。除此之外，我甚至不知道該從何去思考這個問題。

如果黑洞穿過蟲洞會有何結果？

端視黑洞與蟲洞的大小而定。如果蟲洞比洞的事件地平面大很多，則雖然正在穿過一個巨大的重力場，黑洞可能還是維持其本身的座標系統。如果蟲洞與黑洞的大小相差不多，我對其結果就完全沒有概念了，因為這是廣義相對論中最難解的問題之一，需要以超級電腦加以運算。假如蟲洞比黑洞小很多，我想這個蟲洞在進入事件地平面內黑洞之後，會使黑洞內的時空狀態有局部性小的變化，並產生重力輻射波，但在黑洞之外完全無法觀察到其變化。

什麼是"灰洞"？

它是愛因斯坦廣義相對論中重力方程式中的一個解。在此方程式中有兩種奇點的解，一種是"黑洞"，它只能進不能出；另一種為"白洞"，只能出而不能進。1975 年，物理學家史蒂芬. 霍金 (Stephen Hawking) 發表了黑洞可能"蒸發"的理論，因為黑洞事件地平面附近的重力場以量子力學方式影響其週遭的真空太空。然而，假如黑洞能夠輻射出粒子，那麼就不算是真正黑的了，因此，所以有些人便開始以"灰洞"稱之。但是現在並沒有人使用這個名詞，因為"黑洞"與"白洞"已經是愛因斯坦方程式基本解的專有名詞，而霍金的理論只是一個微小的引申而已。

from Coolvillage綜合資訊網站

黑洞真是神秘的物體，對他的了解實在太少，還有一大堆不合理現象
我在想，黑洞有多大，他一直往內心無限壓縮，想必應該比分子還小非常多
超強重力能破壞所有物質嗎，一般地球所學很多東西都是無法壓縮的
希望有天我們能了解黑洞的所有一切

在下因這篇文章對黑洞增進了解...

"白洞"，只能出而不能進。

這句讓我想了解白洞了...