黑洞不“黑”

黑洞是在现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种超高质量天体，由于类似热力学上完全不反射光线的黑体，故名为黑洞。科学家于1970年将热力学的基本定律应用到广义相对论领域中研究而产生了黑洞热力学。虽然至今人们还不能清晰地理解和阐述这一理论，但黑洞热力学的存在强烈地暗示了广义相对论、热力学和量子理论彼此之间深刻而基础的联系。

黑洞的产生过程与中子星的产生过程相似。恒星的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。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强大的万有引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。

通常恒星最初只含氢元素，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不能参与聚变，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”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦被它吸引，就再也无法逃脱。

在逐渐的演变中，恒星的热核反应会耗尽中心的燃料(氢)，由中心产生的能量会逐渐减少。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，直到最后形成体积无限小、密度无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径，参阅后面解释)，质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”诞生了。

光在恒星表面附近会稍微向内偏折，当该恒星向内坍塌时，其质量导致的时空扭曲变得很强，光线向内偏折得也更强，从而使得光线从恒星逃逸变得更为困难，对于在远处的观察者而言，光线变得更黯淡更红。最后，光线再也逃逸不出去。这样，其他东西更不可能逃逸，都会被拉回去。黑洞的边界和刚好不能从黑洞逃逸的光线的轨迹相重合。人们无法直接观察到黑洞，科学家也只能对它内部结构提出各种猜想，而使得黑洞把自己隐藏起来的原因就是弯曲的时空。根据广义相对论，时空会在引力场作用下弯曲。光在经过大密度的天体时，时空会弯曲，光也就偏离了原来的方向。

在黑洞周围，时空的变形非常大，这样，被黑洞挡着的恒星发出的光，有一部分会落入黑洞中消失，一部分光线会通过弯曲的空间绕过黑洞而到达地球，从地球上可以观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样。有些恒星不仅朝着地球发出的光直接到达地球，它朝其他方向发出的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而到达地球。

说明:史瓦西半径是任何具有质量的物质都存在的一个临界半径特征值。在物理学和天文学中，尤其在万有引力理论、广义相对论中，它是一个非常重要的概念。1916年卡尔·史瓦西首次发现了史瓦西半径的存在，这个半径是一个球状对称、不自转又不带电荷的物体的引力场的精确解。该值的含义是，如果特定质量的物质被压缩到该半径值之内，将没有任何已知类型的力(如简并压力)可以阻止该物质自身引力将自己压缩成一个奇点。对符合条件(即不自转、不带电)的任何物体的史瓦西半径皆与其质量成正比。理论上，太阳的史瓦西半径约为3千米，地球的史瓦西半径只有约9毫米。