黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”,其實(shí)不然.所謂“黑洞”,就是這樣一種天體：它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng),就連光也不能逃脫出來.
根據(jù)廣義相對(duì)論,引力場(chǎng)將使時(shí)空彎曲.當(dāng)恒星的體積很大時(shí),它的引力場(chǎng)對(duì)時(shí)空幾乎沒什么影響,從恒星表面上某一點(diǎn)發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出.而恒星的半徑越小,它對(duì)周圍的時(shí)空彎曲作用就越大,朝某些角度發(fā)出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面.
等恒星的半徑小到一特定值（天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”）時(shí),就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了.到這時(shí),恒星就變成了黑洞.說它“黑”,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去,“似乎”就再不能逃出.實(shí)際上黑洞真正是“隱形”的,等一會(huì)兒我們會(huì)講到.
那么,黑洞是怎樣形成的呢?其實(shí),跟白矮星和中子星一樣,黑洞很可能也是由恒星演化而來的.
我們?cè)?jīng)比較詳細(xì)地介紹了白矮星和中子星形成的過程.當(dāng)一顆恒星衰老時(shí),它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料（氫）,由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了.這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量.所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直到最后形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡.
質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星,質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星.而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算,中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽的質(zhì)量.如果超過了這個(gè)值,那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了,從而引發(fā)另一次大坍縮.
這次,根據(jù)科學(xué)家的猜想,物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍,直至成為一個(gè)體積趨于零、密度趨向無限大的“點(diǎn)”.而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑),正象我們上面介紹的那樣,巨大的引力就使得即使光也無法向外射出,從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了.
與別的天體相比,黑洞是顯得太特殊了.例如,黑洞有“隱身術(shù)”,人們無法直接觀察到它,連科學(xué)家都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想.那么,黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢?答案就是——彎曲的空間.我們都知道,光是沿直線傳播的.這是一個(gè)最基本的常識(shí).可是根據(jù)廣義相對(duì)論,空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲.這時(shí)候,光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播,但走的已經(jīng)不是直線,而是曲線.形象地講,好像光本來是要走直線的,只不過強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來的方向.
在地球上,由于引力場(chǎng)作用很小,這種彎曲是微乎其微的.而在黑洞周圍,空間的這種變形非常大.這樣,即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光,雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失,可另一部分光線會(huì)通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達(dá)地球.所以,我們可以毫不費(fèi)力地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(shù).
更有趣的是,有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球,它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球.這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”,還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背!
“黑洞”無疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說之一.許多科學(xué)家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著,新的理論也不斷地提出.不過,這些當(dāng)代天體物理學(xué)的最新成果不是在這里三言兩語能說清楚的.有興趣的朋友可以去參考專門的論著.