《宇宙起源》，每日更新
@旧时燕2010 2018-01-15 11:02:04
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那么这里就存在一个问题：黑洞将中子进一步挤压后形成的是什么物质？这种物质之间是靠什么力支撑它们不再进一步被压缩的呢？这些还都是未解之谜。目前已知的是黑洞表面的引力如此之强，以致在黑洞内不能有任何东西(包括光线)逃逸，从它自身发射的光也会被它拉回去，使得从它发出的光不会到达我们这里，因而我们看不到它。
为了更好地理解黑洞，我们思考如下的场景：如果有人垂直向上射出一个粒子，譬如炮弹，它的上升将被引力所减缓，炮弹最终将停止上升并返回落下。然而，如果炮弹的发射速度超过逃逸速度，它将挣脱引力而飞离地球。对于地球而言，逃逸速度大约为每秒11千米，对于太阳则大约为每秒617千米。如果一个星球不断吸收物质而变重，则逃逸速度也随之升高。当逃逸速度超过光速时，对应的星球称为黑洞。因此，在黑洞附近驾驶宇宙飞船是十分危险的，因为黑洞的引力实在是太大了。要想不被黑洞吸收进去，飞船就必须以极快的速度行驶才能产生足够的离心力。
为了更好地理解黑洞，我们思考如下的场景：如果有人垂直向上射出一个粒子，譬如炮弹，它的上升将被引力所减缓，炮弹最终将停止上升并返回落下。然而，如果炮弹的发射速度超过逃逸速度，它将挣脱引力而飞离地球。对于地球而言，逃逸速度大约为每秒11千米，对于太阳则大约为每秒617千米。如果一个星球不断吸收物质而变重，则逃逸速度也随之升高。当逃逸速度超过光速时，对应的星球称为黑洞。因此，在黑洞附近驾驶宇宙飞船是十分危险的，因为黑洞的引力实在是太大了。要想不被黑洞吸收进去，飞船就必须以极快的速度行驶才能产生足够的离心力。
二、对黑洞的观测
既然黑洞是黑的，那么我们是怎么观测到它的呢？对此，霍金做了一个形象的比喻。他说：“你见过舞厅中那些穿着黑色礼服的男士与穿着白裙子的姑娘在一起翩翩起舞的情景吗？当灯光变暗时，你只能看到姑娘们。假设姑娘就是普通的星星，而男青年就是黑洞。你看不见黑洞，就像你看不见男青年一样。但是姑娘们旋转的舞姿使你确信那里一定有什么东西使她们在旋转。”
既然黑洞是黑的，那么我们是怎么观测到它的呢？对此，霍金做了一个形象的比喻。他说：“你见过舞厅中那些穿着黑色礼服的男士与穿着白裙子的姑娘在一起翩翩起舞的情景吗？当灯光变暗时，你只能看到姑娘们。假设姑娘就是普通的星星，而男青年就是黑洞。你看不见黑洞，就像你看不见男青年一样。但是姑娘们旋转的舞姿使你确信那里一定有什么东西使她们在旋转。”
也就是说，黑洞会将它的引力作用到周围的物体上，通过观察这些物体轨迹就能够推断黑洞的存在。比如哈勃望远镜通过观测M-87和NGC4258两个星系发现，在这些遥远星系中心的黑洞周围有旋转的盘状物质。这些黑洞直径仅为一光年左右，其力量却能够使得一个直径100000光年的星系绕其旋转。2002年人们发现，我们的银河系中就存在一个黑洞，其质量等于410万个太阳，而其半径仅为水星轨道半径的十分之一。越来越多的观测证据都表明，在宇宙中几乎每一个大星系的核心都存在一个超大质量的黑洞，正是这些黑洞将数量众多的恒星、行星吸引在其周围，并驱动它们旋转。当前天文发现的最大质量黑洞约为太阳质量的170亿倍，它寄居在NGC1277星系的中心，距离地球约2.5亿光年。
同时，部分黑洞周围物质在盘旋下落进入黑洞的过程中，会围绕黑洞形成圆盘状的吸积盘，吸积盘内物质颗粒之间剧烈摩擦，会出现极高的温度并产生强烈的可见光及X射线辐射，这也是科学家们判定黑洞存在的标志之一。
下图是一个典型的黑洞照片，其中，围绕黑洞旋转的是尘埃和气体，它们受引力吸引，围着黑洞旋转，并逐渐被吸收进去。
下图是一个典型的黑洞照片，其中，围绕黑洞旋转的是尘埃和气体，它们受引力吸引，围着黑洞旋转，并逐渐被吸收进去。
下图是2015年6月，天鹅座V404黑洞爆发的情况，当时它正在撕裂、吞噬附近的一颗恒星，在这一过程中发出强烈辐射和闪光，我们知道黑洞内不能有任何东西(包括光线)逃逸，因此，看到的伽马射线并不是从它本身发射出来的，而是当外部尘埃和气体被黑洞捕获后，坠入黑洞的过程中发射出来的。这是近几年来目睹的最强烈的黑洞闪光，持续了将近两周的时间，这个黑洞也是在我们银河系内部“看到”的首个黑洞。
此时，由于黑洞引力是如此之大，以至于航天员脚上的引力比作用到头上的力大的多，这引力差足以把他拉成面条，甚至把他撕成碎片。而且，引力会大到将宇航员身上的每一个原子压成粉末，导致连尸首都无法再找到。对不幸落入黑洞中的航天员来说，他的时间就到此结束了。因此，科幻电影中通过黑洞进行时空穿梭在目前来看是不现实的。然而，对于在黑洞外遥远地方的观察者而言，他们看到的是完全不同的景象：由于从你身上发出的光会被黑洞的引力拉伸，因此，随着你越来越接近黑洞事件视界，光线频率将变得越来越低，黑洞外的观察者会看到你的移动速度越来越慢，就像看电影中的慢动作镜头。最后，当你达到事件视界的一刹那，人们将会看到你悬在黑洞上一动不动，就像看电影过程中按下了暂停键。
需要注意的是，以上结论都是在现有天体物理学理论框架下得出的。我们知道，目前的物理学理论对奇点的性质、构成等是无法解释的，说明我们目前的理论是存在缺陷的，它可能只在局部环境下适用。因此，对于黑洞内部到底是什么，我们目前是无法获知的。目前科学界对于落入黑洞中是否一定会死亡还是存在争议的，这一问题也许只有等到下一个爱因斯坦出现的时候才能解决。一句话：未来是你们的，也是我们的，但归根结底是你们的。
第六章 暗物质：大隐隐于宇宙
根据牛顿力学，当我们获知一个恒星的质量后，就可以根据恒星围绕星系中心的运动速度推算出恒星所在星系的总质量；同理，星系团的质量也可以由围绕星系团转动的星系的运动速度推算出来。利用该方法对若干星系及星系团观测后，科学家们惊奇的发现，星系及星系团的总质量通常为星系团内所有恒星及行星质量总和的20倍。也就是说，我们目前观测到的星系只占星系团总质量的5%，星系团内有95%的物质是观测不到的，科学家们将之称为暗物质和暗能量。
根据牛顿力学，当我们获知一个恒星的质量后，就可以根据恒星围绕星系中心的运动速度推算出恒星所在星系的总质量；同理，星系团的质量也可以由围绕星系团转动的星系的运动速度推算出来。利用该方法对若干星系及星系团观测后，科学家们惊奇的发现，星系及星系团的总质量通常为星系团内所有恒星及行星质量总和的20倍。也就是说，我们目前观测到的星系只占星系团总质量的5%，星系团内有95%的物质是观测不到的，科学家们将之称为暗物质和暗能量。