科普：神秘的黑洞！

06-11

什麼是黑洞！我們每個人可能都聽說過，但有多少人知道他是怎麼形成的，又是為什麼會吸引任何物質甚至是光的呢？

黑洞，是現代廣義相對論中，宇宙空間內存在的一種超高密度天體，由於類似熱力學上它是完全不反射光線的黑體，故名為黑洞。

黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而「死亡」後，發生引力坍縮產生的（太陽五萬億年後也許也會變為一個黑洞）。黑洞的質量極其巨大，而體積卻十分微小（小到也許只有一個足球場那麼大），它產生的引力場極為強勁，以至於任何物質和輻射在進入到黑洞的一個臨界點時，便再無力逃脫，甚至目前已知的傳播速度最快的光也會被吸引進去。

黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程；某一個恆星在準備滅亡，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，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體，同時也壓縮了內部的空間和時間。

首先4個氫原子會聚變為一個氦原子，然後每4個氦原子和2個氫原子會聚變為1個鋰離子，之後會按照化學元素周期表那樣進行下去，直到鐵原子形成後，整個星體便會無限坍縮下去，密度急劇增大，引力也急劇增強，直至其體積小於史瓦西半徑，並使時空扭曲之後，便形成了黑洞。

與別的天體相比，黑洞十分特殊。人們無法直接觀察到它，科學家也只能對它內部結構提出各種猜想。而使得黑洞把自己隱藏起來的的原因即是彎曲的時空。根據廣義相對論，時空會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短光程傳播，但相對而言它已彎曲。在經過大密度的天體時，時空會彎曲，光也就偏離了原來的方向。

在地球上，由於引力場作用很小，時空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，時空的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恆星發出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。

更有趣的是，有些恆星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球，它朝其它方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恆星的「臉」，還同時看到它的「側面」、甚至「後背」，這是宇宙中的「引力透鏡」效應。

2013年11月30日，兩名中國科學家首次製造出可以吸收周圍光線的人造電磁「黑洞」。這個黑洞可以在微波頻率下工作，預計不久後它就能夠吸收可見光，一種把太陽能轉化為電能的全新方法可能因此產生。

目前，科學家最新研究理論顯示，當黑洞死亡時可能會變成一個「白洞」，它並非像黑洞吞噬鄰近所有鄰近物質，而是噴射出之前黑洞捕獲的所有物質。關於白洞我會在之後的文章中介紹！