恒星最终的演化

走向衰老的恒星

——神秘的黑洞

作者：13级会计本四史晓蕊“一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星”，熟悉的童谣诉说着我们人类对浩瀚宇宙的无比好奇与向往，其实宇宙在我看来就像一个无限扩大的地球，其中，银河系是其中的一个国家和地区、我们的太阳系就是一个国家的省或县、一颗恒星就好比是一个人。人固然有生老病死，恒星亦然。只是它这个过程是缓慢缓慢再缓慢的。

在这之前我想先大致讲述一下恒星的一生。一颗恒星在无限聚集的星云中诞生一点点长大变成原始星。随着核聚变的发生与巨大能量的释放这颗新生的星球也就到了它的成年期期——我们称它为主序星。之后，巨大的能量释放、由于燃烧层向外的的扩展导致的星体膨胀以及星球表面温度的下降昭示着它中年期的到来，这个时候的它被定义为红巨星或超红巨星。再之后就迎来了它的衰退期，晚年的它到死亡以三种可能的冷态之一为终结：白矮星，中子星，黑洞。今天我们主要说的是它的成长过程之一，黑洞。

一、黑洞理论的提出及发展

英国自然哲学家米歇尔于1783年用牛顿引力定律和光的微粒描述计算从比临界周长小的星体发出的光的行为，并据此预言了黑暗星的存在。这可以算作关于黑洞最早的预言。13年后，法国自然哲学家拉普拉斯也提出了相同的预言。

1915年爱因斯坦的广义相对论发表之后，物理学家开始利用新理论研究米歇尔和拉普拉斯的暗星，迈出第一步的是德国天体物理学

家史瓦西，他给出了最早的爱因斯坦场方程的解，即史瓦西奇点。但是，当时的理论只能得出暗星的一部分性质，而无法给出其全貌。直到1939年，才由奥本海默和斯尼德通过高度理想化计算证明塌缩恒星形成暗星——后来这种暗星被称为史瓦西黑洞。

最先提出“黑洞”这一名称的是美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒。惠勒于1953年开始研究相对论，他最初否定暗星的存在，直到1958年才开始逐渐接受这一概念，并最终成为其坚定支持者。1959年，他提出暗星中的奇点由量子引力决定。1967年，他提出了黑洞这一名词。

但是，并不能说黑洞理论就是惠勒的成果。1964年开始了暗星（黑洞）理论的黄金时代：先是彭罗斯证明了所有暗星中都必然存在奇点；而后，美国和前苏联科学家利用计算机模拟了恒星的塌缩过程，证明了大质量塌缩星体成黑洞；接着，泽尔多维奇、古塞诺夫和萨尔皮特第一次提出了寻找黑洞的方法，后两人还猜想类星体和射电星系的能量来自超大黑洞；此外，弗里德曼及其小组发现了天鹅座X-1（人类发现的第一个黑洞）。1965年，彭罗斯等人发现了爱因斯坦方程的克尔解，描绘了旋转暗星。

在黑洞概念提出之后：1967年伊斯雷尔证明了非旋转黑洞一定是完美球形；1968年卡特尔发现旋转黑洞周围空间漩涡的性质；1970年，普赖斯证明了黑洞会由于辐射而蒸发，霍金提出了黑洞绝对视界概念；1971年霍金提出了原生小黑洞可能在大爆炸中形成……

黑洞理论是众多科学家研究成果的累积。直到现在神秘的黑洞依

然不断吸引着人们去不断探索......

二、黑洞的形成

黑洞是神秘的，当人们提起黑洞的时候总是充满无限憧憬与幻想。所谓的黑洞到底是怎样的？又是怎么形成的呢？其实黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不可见。依据阿尔伯特?爱因斯坦的相对论，当一颗垂死恒星崩溃，它将聚集成一点，这里将成为黑洞，吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程:某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩、塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的力量，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量——γ射线。

也可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生聚变。

由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素，接着，氦原子也参与聚变，改变结构，

生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定，参与聚变时不释放能量，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”，是因为它的密度无穷大，从而产生的引力使得它周围的光都无法逃逸。跟中子星一样，黑洞也是由质量大于太阳质量好几倍以上的恒星演化而来的。

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，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小于史瓦西半径），质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。

三、黑洞的猜想

没有信号能从洞里出来告诉我们答案，也没有哪个勇敢的探险家在进入黑洞考察后还能出来告诉我们结果，他甚至不能向我们发出任何信息。黑洞里到底有什么呢？在科幻的世界里是这样表述黑洞的：一艘巨大的宇宙飞船正在黑暗深邃的太空中疾驶前行，飞船里的宇航员们正在聚精会神地工作，四周一片宁静。突然，飞船里所有的东西包括飞船本身都旋转了起来，越转越快，

越转越急，而在飞船外面，无数不知名的物体猛烈而又频繁地撞击着飞船。

飞船里陷入一片混乱。报警器还没来得及鸣叫，就彻底丧失了作用！操作系统同时大面积崩溃，宇航员与外界的一切联系中断！宇航员们面面相觑，不知道发生了什么事。但这仅仅是噩梦的开始，很快，飞船似乎被一股令人恐怖的超强大力量包围起来了，无形的力量肆意蹂躏着飞船，将它压扁又拉长，紧接着，飞船被解体、被粉碎，与周围的宇宙物质混合在一起，似乎被吸入一个无形的旋涡，正在向一个令人恐惧的万丈深渊陷落……陷落……最后，飞船消失了，宇航员消失了，一切都消失得无影无踪，四周愈发黑暗，陷入更深的沉寂。

在科学的世界中有一种猜想：黑洞的背后是时空颠倒的世界。还有一种猜想就是：黑洞意味着一个奇点，它是通向另一个宇宙另一个世界的出口，而我更倾向于后者。有如一艘飞船在靠近黑洞时，它并不是被撕碎消失而是这艘飞船穿过了黑洞到达了另一个宇宙迎向了另一个全新的世界！黑洞则是另一个世界的门户，它就像一条隧道，连接着我们这个世界与另一个世界而另一个世界，在那里或许还存在着一颗“地球”......

关于宇宙的的探索人类从未止步，黑洞理论直至现在依旧是个巨大的谜，虽然有所思考，但它一如被巨大幕布遮着的世纪名画，引人无限遐想。神秘的黑洞，等待着人类的探索！