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很怀念小时候，那时报纸、杂志、电视和广播是我们的灯塔，图书馆是我们的星辰大海。那时我们的记忆力好于体力，没有云存储，只有脑回路。 黑洞到底是怎么回事？ 上一篇我们讲到，宇宙大爆炸之后，恒星站到了绝对的C位，成了宇宙生生不息有序发展的重要组成部分，更是地球生命故事中必不可少的一个章节，因为恒星不仅创造了形成我们这个世界的原材料，也创造了能使生物圈得以存在所必需的能量。遍布于星系各处的重元素首先形成于恒星和超新星之中。当宇宙逐渐衰老，新元素（氢和氦以外的元素）的比率在稳定增长。假如没有由恒星和超新星所创造的化学物质极为丰富的环境，就无法形成我们的地球，更谈不上什么生命的进化。 因此，构成我们这个世界的化学物质，分别形成于三个不同的场所：大爆炸产生了氢元素与氦元素，而从碳（原子序列号为6）到铁（原子序列号为26）的大部分元素是在中型和大型的恒星内部逐渐形成的，其它元素则形成于超新星的内部。宇宙早期形成的第一代恒星不可能形成生命。而以后形成的恒星，例如我们的太阳，就完全具有了创造生命的可能性。 在进入到太阳系和地球的篇章之前，还有几个关于宇宙学的概念，我们经常听到，在宇宙学的巡礼中，它们是不得不去探索的有趣的世界。 其中，最神秘的一个，就是黑洞。 一提到黑洞，我们肯定第一个想到的是霍金先生。霍金先生最让我们记忆深刻的著作莫过于黑洞理论。1974年霍金发表了《黑洞在爆炸吗？》一文。这是20世纪引力物理在爱因斯坦之后的最伟大论文。 可以说，“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，虽然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。但是，我们不妨从科普爱好者的角度尝试着努力去探索一下黑洞的奥秘，来一场时空旅行。 要想了解黑洞是什么？我们有必要先看看黑洞是怎么形成的。 黑洞的形成 要提到黑洞的形成，就又要说回到恒星。因为黑洞很可能也是由恒星演化而来的。 如何演化而来？这就跟恒星的体积有关了。体积，或者是恒星形成之前的原始物质星云的体积，是恒星与恒星之间最大的区别，体积决定了恒星的许多特征，包括它的亮度、温度、颜色，以及它的命运和它的寿命。也直接关乎着黑洞的产生。 所以，我们先把恒星按照体积的大小做一个分类： 科学界习惯拿太阳来作为参考系，因为太阳是我们最熟悉的恒星了。 那么，它的中心就不可能十分致密，其温度也达不到使氢原子发生聚变的程度，这样就形成不了恒星。最多只能形成褐矮星——一种像木星般大小、光线昏暗的天体。褐矮星是介于行星与恒星之间的天体，尽管最近对褐矮星周围的物质所作的观测显示，即使它们的体积不足以发生聚变反应，但其形成过程在许多方面与恒星是相同的。 因此，当原始星云的体积小于太阳的0.08倍的时候，是形成不了恒星的。 在说到太阳系的时候，我们再具体说恒星、行星、卫星、陨星的区别和形成过程。 大部分恒星，因为核聚变反应，都会始终处于燃烧过程中，最终它们都会消耗掉全部燃料。当燃料耗尽，体积在太阳的0.08倍到太阳的8倍之间的小型和中型恒星开始变冷，最终成为熄灭的恒星，称为白矮星。白矮星密度很大，体积与地球相仿。 体积在太阳的8倍以上的巨型恒星们，当它们制造出了铁元素之前的所有元素之后，生命已经到最后阶段了，当燃料耗尽，它们的结局要比中型恒星更加壮观。在没有能量可维持自身存在之际，引力将取得支配地位并压垮它们，这一突如其来的、灾难性的塌陷过程所持续的时间不会超过一秒钟。此时，超新星爆发这一天文现象诞生了，超新星不断产生新化学元素所致。你所戴的金戒指或银戒指的原材料就是在超新星内部形成的。没有超新星，我们根本就不会存在。 因为所有的恒星最终都会走向中心塌陷的结局，因此，如果该恒星的体积大于太阳的8倍，小于太阳的30倍时，超新星爆发之后，最终将会坍塌形成中子星，也就是说，中子星是恒星演化到末期，经由重力崩溃发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。 当恒星的体积大于太阳的30倍的时候，它的最终结局就是黑洞。 也就是说，体积大于太阳30倍的恒星的形成到灭亡的过程就是黑洞的出现过程。 在这样超巨大的恒星濒临死亡的阶段，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”。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。 所以，什么是黑洞？黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个奇点是许多物质强力挤在一起的点，如果要比喻的话，黑洞好比是一个坟场也是一个垃圾回收站。黑洞里面是什么，简单的理解来说是宇宙剩余的能量或被黑洞吞噬的天体，比如：被压缩的光、被挤压的星球。黑洞可以说在宇宙中无处不在。 黑洞的“隐身术” 因此，黑洞和宇宙中的恒星、星系一样，也是一种天体。只不过，它太特殊了。 因为人们无法直接观察到它，黑洞有强大的“隐身术”，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？答案还是引力。 因为黑洞的空间区域十分致密，以至于任何物质和能量，甚至连光都不能逃脱其引力的作用。我们都知道，光是沿直线传播的。可是，在黑洞里，在引力的作用下，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。黑洞里的引力强大到光线都无法逃逸，再加上黑洞其本身不发光，所以我们才没办法直接观测到。 “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。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。 大历史系列还在继续，下期见～ |
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