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如果有一個(gè)天體的引力場強(qiáng)得使其逃逸速度達(dá)到、甚至超過了光速,那么任何物體——甚至包括光在內(nèi),就都不能逸出其引力場了。因此,我們將無法看見它,它仿佛是絕對“黑”的;而且,任何東西只要進(jìn)入它的“勢力范圍”,就必將被它的引力場吞噬而不可復(fù)出,所以它又宛如一個(gè)“無底洞”。因此,人們便將這種具有極強(qiáng)引力場的特殊天體稱為“黑洞”。
今天,人們給黑洞下的定義則是:它是廣義相對論預(yù)言的一種特殊天體,其基本特征是具有一個(gè)封閉的邊界,既黑洞的“視界”;外界的物質(zhì)和輻射可以進(jìn)入視界,視界內(nèi)的一切卻都不能跑到外面。
黑洞有三種來源:(1)恒星在其晚年核燃料全部耗盡,星體開始引力坍縮;若坍縮物質(zhì)的質(zhì)量大于太陽質(zhì)量的3倍,則坍縮產(chǎn)物便是黑洞。此類黑洞的質(zhì)量一般不超過太陽質(zhì)量的50倍。(2)星系或球狀星團(tuán)的中心部分恒星密集,星體之間容易發(fā)生大規(guī)模的碰撞,由此產(chǎn)生的超大質(zhì)量天體坍縮后可以形成質(zhì)量超過太陽一億倍的巨大黑洞。(3)根據(jù)大爆炸宇宙學(xué),當(dāng)初發(fā)生大爆炸時(shí),異常巨大的爆炸力把一些物質(zhì)擠壓得極其緊密,于是形成所謂的“原生黑洞”。其典型尺度僅相當(dāng)于一個(gè)基本粒子,質(zhì)量則與小行星相仿。
本世紀(jì)七十年代,人們發(fā)現(xiàn)黑洞會(huì)以類似于“熱輻射”的方式穩(wěn)定地向外發(fā)射粒子。因此黑洞并不是絕對“黑”的;而且黑洞的質(zhì)量越小,發(fā)射粒子的速度也越快,這叫做“自發(fā)蒸發(fā)”。一個(gè)質(zhì)量與太陽相當(dāng)?shù)暮诙?,約需1066年才能蒸發(fā)殆盡;但是原生黑洞卻能在10-23秒之內(nèi)蒸發(fā)得一干二凈。自發(fā)蒸發(fā)使黑洞的質(zhì)量減少,質(zhì)量減少又促使自發(fā)蒸發(fā)進(jìn)一步加劇。如此下去,黑洞的蒸發(fā)便會(huì)愈演愈烈,最后它將以一種“反坍縮”式的猛烈爆發(fā)而告終。人們將這類反坍縮式的爆發(fā)天體稱為“白洞”。