清風吟

黑洞分為原生黑洞以及普通黑洞。

原生黑洞是科學家提出的一種假說意義上存在的黑洞，這種黑洞不是通過恆星引力坍縮後發生超新星爆發後形成，原生黑洞的誕生可以追溯到宇宙形成早期。

宇宙在剛剛爆發的短暫時期內，處在難以想象的高熱以及高密度狀態下，那麼很可能會由於極端高的物質密度以及此時強大能量的擠壓之下形成黑洞。另外還有一些相對質量較小的原生黑洞，它們的形成可能與暗物質有關。

普通的黑洞形成就比較簡單了，通常是大質量恆星演化末期的產物，30倍以上於太陽質量的老年恆星會發生超新星爆發，進而形成黑洞。

黑洞裡面到底有什麼東西？

我想應該是難以想象的物質，普通黑洞可以說是中子星的更進一步引力坍縮產物，連中子這樣的極小粒子都被擠壓成“粉末”了，試想黑洞內部到底是怎樣恐怖的狀態呢？據說，1立方厘米的中子物質質量甚至可以達到10億噸重呢！

黑洞無法被直接觀測到，但是由於其強大的引力影響以及在吸收周圍物質時會放出高熱輻射，天文學家便可以大致推測出周圍黑洞的存在以及質量了。

科學船塢

黑洞是根據愛因斯坦的廣義相對論推論出的存在於宇宙中的一種神秘天體。說起來，黑洞的結構很簡單，由一個點——密度趨於無窮大的

奇點使周圍時空極度扭曲，產生超強引力場，以至於在事件視界以內連光也無法逃脫。也就是說，事件視界內的一切都是無法被看見的。

科學家認為，宇宙中的黑洞主要分為四類：

微型黑洞，又被稱為量子黑洞，宇宙大爆炸之初可能產生了大量微型黑洞。

恆星級黑洞，是最常見的一類黑洞，大質量恆星演化至生命末期，在超新星爆發後留下的緻密內核就可能是一個黑洞。據哈佛-史密森天體物理中心估算，銀河系中至少存在數億個恆星級黑洞。

中等質量黑洞，是理論中存在的，質量大約為太陽100-10萬倍的黑洞。目前為止，科學家還尚未在宇宙中真正確定中等質量黑洞的存在（只發現一些潛在對象）。

超大質量黑洞，存在於大多數星系中心，是黑洞中的重量級選手，質量可達太陽的上百萬甚至上百億倍。比如，我們銀河系中心的超大質量黑洞被命名為人馬座 A*，質量約為太陽的400萬倍。

不過，黑洞是無法被直接觀測到的，只能通過間接的方式進行研究。最常見的是，黑洞在吞噬物質時會在事件視界外圍形成一個吸積盤，爆發出的驚人能量會把周圍物質加熱到超高溫，在各個波段上產生明亮閃光。

再者，科學家還可以藉助黑洞產生的引力效應獲取其位置和質量的信息。

另外，引力波的成功探測也為研究黑洞提供了新途徑。科學家已經多次探測到由雙黑洞的碰撞與合併產生的引力波。要知道，這些由黑洞蕩起的時空漣漪攜帶著的是最保真的信息。

最為令人興奮的是，科學家們精心策劃了事件視界望遠鏡（EHT）項目，對銀河系中心黑洞人馬座 A*進行了為期10天的觀測，預計將在今年（2018年）創建出人類史上第一張黑洞的照片。

到時，我們將對黑洞有更進一步的瞭解。

三體迷

什麼是黑洞？

黑洞是一種結核，其密度和質量極高。 在這個宇宙中，如果我們壓縮任何物體並使之變得非常小，那麼由於它的密度和質量很高，它的引力將會增加得如此之大，以至於即使是一束光線也不能穿過引力。那個物體將會是叫做黑洞。

在瞭解黑洞的形成之前，我們必須瞭解恆星的形成

星星的創造:

我們知道恆星的形成是在銀河系中的塵埃和氣體的幫助下發生的。我們宇宙中存在的氣體和塵埃雲是叫做星雲。這些星雲含有大量氫。之後，有25%的氦，還有少量的其他元素。 當星雲中的塵埃和氣體密度增加時。然後由於重力，這些雲開始壓縮。恆星內部的溫度也升高了很多，氫原子開始相互碰撞，並因此形成氦。 然後由於速度和壓力，它們結合在一起，開始形成矛狀的形狀。整個過程被稱為恆星的形成。 但是這些反應需要數百萬年才能完成。我們的太陽也是這樣的。因此恆星的引力保持平衡核聚變反應。

當氫的數量從恆星開始減少時，那顆恆星慢慢變冷。當氫從恆星中完全耗盡時，這些恆星就不能被引力進一步控制。然後在恆星中發生了一次大爆炸叫做超新星。 爆炸後，如果恆星的任何部分留下高密度，那麼那部分恆星就變成中子星。然後由於高重力，恆星開始壓縮。恆星被壓縮到一個臨界水平。 然後由於這種高壓縮，特定恆星的空間和時間也變得緊張。在那顆恆星內，空間和時間的存在將被抹去。這些會變成看不見的結節。我們是這顆星叫做黑洞。

黑洞中不存在時間:

黑洞的質量集中在我們稱之為奇點。 圍繞這一點的球形稱為事件視界。甚至連一縷光線都不能離開這個事件視界。也沒有時間的存在。 根據愛因斯坦的狹義相對論，當一個人站在離視界一定距離的地方時，他的手錶會慢下來。 還要記住一件事，宇宙中不同位置的時間速度是不同的。意味著地球上運行的時間在宇宙的其他區域可能不同，可能慢也可能快。這叫做時間幻覺。這是一個令人興奮的科學事實。 任何東西都可以進入黑洞視界；首先，那東西會被分開，然後它會變得看不見。並將進入黑洞的奇點。但是物理學直到現在還沒有發現這些物體會去哪裡。

黑洞的類型:

有四種類型的黑洞存在，它們是由它們的特性來識別的。

恆星黑洞:- 那些質量會比太陽高一點的恆星，那些恆星會因為重力而變成黑洞，我們會的叫做恆星黑洞。

超大質量黑洞:- 這種黑洞形成於銀河系中心，密度也很高。它們也很大叫做超大質量黑洞。 這種黑洞的質量是太陽的數百萬倍。

原始或小黑洞:- 這些是質量小於太陽的黑洞。這些黑洞的形成不是由於重力，而是由於中心質量和熱量的壓縮叫做原始或小黑洞。 科學家認為這些小黑洞的形成發生在宇宙創建期間。 斯蒂芬·霍金認為，在瞭解了這些小黑洞之後，我們可以對宇宙有更多的瞭解。

超大質量黑洞:- 超大質量黑洞是最大的黑洞類型。這些是最近發現的黑洞。這些黑洞屬於黑洞的新分類，我們稱之為超大質量黑洞。

我們知道黑洞吸收它們視界中的每一條光線。那麼科學家是如何發現它們的呢？

據科學家稱，儘管看不見，黑洞的引力對附近的恆星、隕石甚至星系都有影響。宇宙的這些部分似乎向它靠近。在這些結節的中心還有一個密集的黑點。 有時一些隕石似乎圍繞著地球旋轉黑點。這也是找到黑洞。 有時似乎黑洞正在吞噬銀河系的物體。這表明黑洞的存在。

一些想象:

如果地球的質量增加，整個地球將被壓縮到1.5釐米，那麼它的引力將增加，地球將被稱為黑洞。 如果比地球大130萬倍的太陽也被壓縮到更大的程度。那麼太陽將被稱為黑洞。 但是請記住，在黑洞中，密度比質量更重要。我們知道地球和太陽不能像這樣被壓縮。 如果有比太陽大幾十億倍的恆星，其密度和質量也非常高，那麼那顆恆星就可能成為黑洞。

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黑洞是如何產生的？

圖1：一個名為天鵝座X-1的黑洞是在一顆大恆星塌陷時形成的。這個黑洞把物質從它旁邊的藍星上吸走。

當大質量恆星到達生命的盡頭時，它們融合成氦的氫幾乎耗盡。因此，這些巨型恆星開始燃燒氦，將剩餘的原子熔合成更重的元素，直到鐵元素的聚變不再提供足夠的能量來支撐恆星的外層。這些頂層向內坍縮，然後爆發為一種強大而明亮的爆發，稱為超新星。然而，恆星的一小部分還在後面。

因為沒有光可以逃逸，黑洞是看不見的。然而，帶有特殊儀器的太空望遠鏡可以幫助發現黑洞。它們可以觀察到非常接近黑洞的物質和恆星的行為。

如果這個恆星遺蹟是單獨存在的，一個黑洞一般就會在那裡“無所事事”。但是，如果氣體和塵埃圍繞著這個物體，這些物質就會被吸入黑洞的內部，當氣體和塵埃升溫時，就會產生明亮的光脈衝，像水進入排水溝一樣旋轉。黑洞將把這個質量併入它自己的質量中，從而使這個物體得以成長。

圖2：科學證據表明，在銀河系的中心有一個超大質量的黑洞。

如果兩個黑洞相遇，每個黑洞的強大引力會吸引另一個，它們會越來越近，繞著彼此旋轉。它們的集體質量將震動附近時空的結構，發出引力波。

2015年，天文學家通過激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)發現了這種引力波。這是我們第一次真正看到黑洞並確認它們的存在。這些結果也很好地證實了愛因斯坦的預測方程。據《今日宇宙》報道，科學家此前已經發現了黑洞存在的間接證據，他們目睹了我們銀河系中心的恆星圍繞著一個巨大的看不見的物體旋轉。

圖3：這張人馬座A在銀河系中心的照片是由錢德拉x射線天文臺拍攝的。

黑洞有多大?

黑洞可以有各種大小，但主要有三種類型的黑洞。黑洞的質量和大小決定了它的種類。最小的被稱為原始黑洞。科學家們認為這種類型的黑洞只有單個原子那麼小，但卻有一座大山那麼大。

最常見的中型黑洞被稱為“恆星黑洞”。恆星黑洞的質量可以達到太陽質量的20倍，並且可以容納一個直徑約為10英里的球。銀河系中可能存在數十個恆星質量的黑洞。

最大的黑洞被稱為“超大質量黑洞”。

這些黑洞的質量加起來超過1百萬個太陽的質量，可以裝進一個直徑相當於太陽系大小的球裡。科學證據表明，每個大星系的中心都有一個超大質量黑洞。位於銀河系中心的超大質量黑洞被稱為人馬座a，它的質量相當於大約400萬個太陽，可以被放進一個直徑與太陽差不多的球中。

如果黑洞是“黑的”，科學家們怎麼知道它們在那裡?

黑洞是看不見的，因為強大的引力把所有的光都拉到黑洞的中心。然而，科學家可以看到它強大的引力對周圍恆星和氣體的影響。如果一顆恆星在太空中繞某一點運行，科學家可以研究該恆星的運動，以確定它是否在繞黑洞運行。當一個黑洞和一顆恆星緊密地繞軌道運行時，就會產生高能光。科學儀器可以看到這種高能光。

黑洞的引力有時可以強大到足以抽離恆星的外層氣體，並在其周圍形成一個圓盤，稱為吸積盤。當氣體從吸積盤螺旋進入黑洞時，氣體加熱到非常高的溫度，並向各個方向釋放x射線。

NASA的望遠鏡測量x射線。天文學家利用這些信息來更多地瞭解黑洞的性質。

圖4：射手座A *是銀河系中心的黑洞

黑洞能毀滅地球嗎?

黑洞不會在宇宙中游蕩，隨意吞噬世界。它們遵循萬有引力定律，就像太空中的其他物體一樣。黑洞的軌道必須非常接近太陽系才能影響地球，這是不可能的。

如果一個與太陽質量相同的黑洞取代了太陽，地球就不會掉進去。與太陽質量相同的黑洞將保持與太陽相同的引力。行星仍然繞著黑洞運行，就像它們現在繞著太陽運行一樣。

太陽會變成黑洞嗎?

太陽沒有足夠的質量坍縮成黑洞。數十億年後，當太陽生命結束時，它將成為一顆紅巨星。然後，當它用完最後的燃料時，它會脫離外層，變成一個發光的氣體環，稱為行星狀星雲。最後，太陽只剩下一顆冷卻的白矮星。

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當一顆恆星走向滅亡時，在它內部核聚變形成氦的氫幾乎耗光。這時便開始燃燒氦，使原子聚變形成更重的元素，一直到鐵元素形成，此時的聚變已經不足以提供支撐外層的能量，便開始從最外層開始向內塌陷，發生極為明亮的超新星爆發。

組成恆星的物質將坍縮成一個體積無限小，密度無窮的一個點，稱為黑洞的奇點。

如果周圍有氣體和塵埃圍繞，那麼這些物質就會像流入下水道一樣被吸收。在這個過程中，被吸收的氣體和塵埃的溫度急劇升高，產生光線，而黑洞將它們據為己有，從而越來越大。

如果兩個黑洞相遇，它們各自強大的引力將互相吸引，環繞旋轉，越來越接近，它們的總質量將震動周圍時空的網織結構產生引力波。

銀河系中心的恆星正圍繞著一個超大質量黑洞運轉，質量是太陽的數十億倍。

這些黑洞不斷吸收氣體和塵埃，與其他黑洞碰撞融合，最終形成了超大質量的規模。

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黑洞是一個天體，是大質量恆星死亡後演變而成的天體，它是宇宙中最極端的天體之一，任何物質一旦進入其事件視界，就不可能再逃離出來，包括宇宙中速度最快的“光”。

↓下面兩幅是恆星的演化圖↓

那麼我們的太陽會變成黑洞嗎？並不會，因為它的質量還不達標，它只能按照主序星→紅巨星→白矮星，最後變成黑矮星這個順序進行。當然了，咱們人類是看不到太陽變成白矮星那天的，如果不能逃離太陽系，甚至連紅巨星都撐不過去，雖然這是在數十億年後的事了。

不過黑洞並非是永恆的，按照霍金輻射（雖然至今沒有被實證），黑洞也有壽命，它自身的質量也會消失，質量越小的黑洞消失的速度越快。

此時在回過頭來看看人類自身，我們會發現人類實在是太渺小，太短暫了，所以有時候對於人類自身和宇宙的關係也是很好奇的。

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賽先生科普

為了說清黑洞是如何形成的，首先就需要了解恆星的生命週期。

起初，大量的氣體（絕大部分為氫）受自身的引力吸引而開始向自身坍縮形成恆星。當它收縮時，氣體原子以越來越大的速度相互碰撞，導致氣體溫度上升。

最後，氣體變得如此之熱，以至於當氫原子碰撞時，它們不再彈開，而是聚合成氫。如同一個受控氫彈爆炸，反應中釋放出的來的熱使得恆星發光。而這附加的熱又使氣體的壓力升高，直到它足以平衡引力的吸引，這時，氣體停止收縮。

從核反應發出的熱和引力吸引的平衡，使恆星在很長時間內維持這種平衡。然而，恆星最終會耗盡它的氫和其他核燃料，且初始燃料越多的恆星，因為質量大，就需要越熱才能足以抵抗引力，所以燃料耗得也越快。

當恆星耗盡了燃料，引力佔據主導地位，它就開始變冷並收縮。

但也並不是所有恆星都會坍縮成黑洞，見圖

要至少30個太陽質量的恆星的引力坍縮，最終才會形成黑洞。

——以上來自《時間簡史》

慕風華

這個問題，我來回答！我們知道，天體受到兩種力的約束，一是向內的引力，一是向外的壓力。如果壓力大於引力，天體就膨脹。反之，引力大於壓力，天體就會坍縮。

絕大多數的恆星是由氫和氦組成的，而氫是核反應所需要的重要元素。恆星內部不停地進行核聚變反應，產生向外膨脹的壓力。一顆比太陽大的恆星，核聚變反應所產生的壓力能與引力相抗衡。一旦恆星內部進行核反應的材料用完後，巨大的引力會使恆星向內坍縮，就像房屋斷了橫樑和支柱後，會向中心坍去。 天體坍縮時，體積迅速縮小，而它的密度卻迅速增大，這時所形成的特殊天體就是黑洞。

黑洞原先是通過嚴格的物理規律預言出來的。但是，最近美國宇航局所屬的戈達德空間飛行中心的科學家分析了天文衛星從黑洞的X射線所獲得的數據後，發現NGC3516星系中心近旁鐵原子的X射線光譜揭示，有物質以每秒2917公里的速度，被吸入星系內不見了。 科學家指出，這是人們第一次觀測到黑洞吸進物質的直接證據。 神秘的黑洞一直是科學家十分關注的熱點，還有許多未解之謎。 所謂黑洞，是指一類引力非常之強的特殊天體，它能吸收所有靠近它的物質，甚至連光也無法逃脫。黑洞只吸收物質，不吐出物質。也就是說黑洞是“黑”的，人們無法直接“看”到它。

儘管如此，大量的觀測證據表明，宇宙中存在許多這樣奇妙的天體。它的原身是超過大約3個太陽質量的普通天體，當它的核能量消耗完時，這一天體將變成一個黑洞。上世紀60年代，經過一些物理學家的研究，人們發現，只要3個物理量（質量、角動量和電荷）就能描述一個不隨時間變化的黑洞。 換句話說，對於一個黑洞，人們所能知道的只有這3個物理量。在黑洞的形成過程中，描述形成這個黑洞的物質的所有其他特性的信息都丟失了。黑洞的這一特性被美國的物理學家J．惠勒稱為黑洞無毛定理。

因為經典黑洞只進不出，所以黑洞一旦形成，將通過吸收外部物質而變得越來越大，永遠不會消失。 在黑洞形成過程中，物質信息丟失對於這個經典黑洞而言，在物理學上是不成問題的，人們只要假定形成這個黑洞的物質的所有其他信息（除了質量、角動量和電荷）仍然存在黑洞內部即可，因為人們無法探知黑洞內的任何信息。

軒雜談

黑洞的研究歷史

黑洞，起初是推算出來的一個神秘天體，最早提出黑洞問題的不是一個物理學家，而是英國地理學家約翰·米歇爾（John Michell），他在乾隆四十八年，也就是1783年提出：如果一顆天體擁有與太陽同等質量，且該天體直徑只有約3千米，那麼此天體表面的引力是十分巨大的，大到連宇宙最快的光子也無法逃脫其表面。除此之外，法國物理學家拉普拉斯曾在1796年預言：“如果一顆天體質量約為太陽的250倍，直徑和地球相當，那麼這個天體表面的引力將變得非常大，連光也不能逃脫。”

之後科學家們普遍認為宇宙中存在這麼一種“可怕”的天體，任何物質包括宇宙中最快的光也逃脫不了黑洞的引力，只要靠近它就會瞬間化為烏有。2019年4月，人類首次通過照片知道了黑洞的模樣確認了黑洞是真實存在的。

為什麼叫做黑洞呢？

因為由於黑洞的體積很小且質量巨大，造成引力巨大，光也逃脫不了黑洞，所以人類的眼睛只能看到是一個黑色的圓形狀圖形，所以將其比作一個永遠漆黑得洞。當然從愛因斯坦的廣義相對論來理解，由於質量巨大的物體會造成它周圍的時空彎曲，質量越大，時空彎曲的曲率越大。

黑洞是如何形成的？

宇宙中有數以萬億計的恆星，這些恆星並不是“長生不老”的，也會有它的壽命，就拿我們太陽系來說，太陽大概的壽命是100多億年，而目前大概是50億年左右，可以說是正處在壯年。

根據理論，恆星的死亡是恆星上的粒子開始像更重的物質進行轉變，直到鐵元素。如果一顆恆星的核心質量大於等於3.2倍太陽質量時，那麼再也沒有什麼能量（斥力）可以抵抗自身的重力了，重力便開始向中心無限的坍縮。

恆星坍縮後就會發生超新星爆發，就會發生引力擠壓，物質中的質子，中子等粒子被擠壓到很小很小，就像珠穆朗瑪峰被擠壓成只有一個砂礫那麼大。當然一顆太陽這麼大的恆星是不足以形成黑洞的，一般為超過太陽的大質量恆星。

當然黑洞質量到達一個極限值時，這個臨界值就是史瓦西半徑。嚴格的講是一個球狀對稱、不自轉且不帶電荷的物體重力場值，一個特定質量的物體被壓縮到該值時，自身的重力可以無束縛的壓縮至奇點。理論上，太陽的史瓦西半徑約為3千米，地球的史瓦西半徑只有約9毫米。一顆大於等於3.2倍太陽質量的天體，如果壓縮至它的史瓦西半徑內，那麼它就形成黑洞了。

科學認識論

先說，黑洞如何發現的吧

愛因斯坦在理論研究時，發現不確定變量，或者說，無法解釋的現象。

後來，科學家在觀察星系時，發現某些恆星圍繞著某個中心運動。這理論不僅打破恆星不動的固有觀念，還在一定程度上證明了黑洞的存在。

之後，黑洞散出的引力波被天文學家捕捉，這進一步證明了黑洞的存在。

黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程；

恆星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮，發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星球。但在黑洞情況下，由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質。由於高密度而產生的力量，使得黑洞任何靠近它的物體都會被它吸進去。

簡單的說，恆星內部燃燒殆盡，恆星表面受重力影響，向內坍縮。坍縮的過程，就是形成黑洞的過程

黑洞在重演宇宙的過程

關鍵字: 原生 科學 黑洞