浅析黑洞

序号：101

浅谈黑洞

王 一

法学院08中队国经3班 2220083030303

摘要：本文介绍了有关黑洞的一些问题,包括黑洞的形成，黑洞的有趣现象等；主要详细地介绍了霍金关于黑洞的观点以及新理论。2004年7月21日，英国传奇科学家斯蒂芬·霍金教授宣布他对宇宙黑洞的最新研究结果。虽然霍金的新理论还有待证实，但是它的提出标志着对黑洞认识的一大进步。人们相信黑洞的存在，期待着有一天能够彻底破解黑洞之谜。

关键词：黑洞 新理论 霍金

一、 黑洞的形成和有关黑洞的几点常识

自上世纪60年代以来，天文学家已获得证据，某些星系能发射极强的电磁辐射，这种辐射是由被吸入星系中心黑洞的旋涡状物质引起的。天文学家此次的观测证实了这一论据：恒星在被黑洞撕裂前，其中的气体被加热到数百万摄氏度，导致产生了X射线暴，这个过程中释放出的能量与一次超新星暴发相当。[1]那么，黑洞是怎么形成的呢？

（一）黑洞是怎样形成的

1、黑洞的概念。

黑洞是理论预言的一种天体，空间的强引力区域，其脱离速度等于光速，因不会有光辐射逸出而得名。其基本特征是：具有一个封闭的视界，外来的辐射和物质可以进入视界之内，而视界内的任何物质都不能跑到外面。视界就是黑洞的边界。观测表明，在某些星系的核心可能有质量为108-109太阳质量的大型黑洞。迄今为止还没有直接寻找到黑洞。[2]

2、黑洞的产生过程。 想象一颗具有10倍太阳质量的恒星。在它的大约10亿年寿命的大部分时间里，该恒星在其中心把氢转化成氦而产生热。释放出的能量会产生足够的压力，以支持该恒星去抵抗自身的引力，这就产生了半径约为太阳半径5倍的物体。从这种恒星表面的逃逸速度大约是每秒1000公里。也就是说，一个以小于每秒1000公里的速度从该恒星表面点火垂直上升的物体，会被恒星的引力场拖曳回到表面上来，而具有更大速度的物体会逃逸到无穷远去。 当恒星耗尽其核能，那就没有东西可维持其向外的压力，恒星就由于自身的引力开始坍缩。随着恒星收缩，表面上的引力场就变得越来越强大，而逃逸速度就会增加。当它的半径缩小到30公里，其逃逸速度就增加到每秒30万公里，也就是光的速度。从此以后，任何从该恒星发出的光都不能逃逸到无穷远，而只能被引力场拖曳回来。根据狭义相对论，没有东西可能比光旅行得更迅速。这样，如果光都不能逃逸，别的东西就更不可能。

（二）最古老的黑洞

2004年6月，美国科学家称，他们发现了距地球非常遥远的星系中的一个古老的黑洞，形成时间在127亿年前，即在形成宇宙的大爆炸之后大约1亿年。因此科学家为之惊奇，它如何在如此“短暂”的时间内，就聚集了如此大量的物质成为黑洞。

这个黑洞是科学家迄今所知的最古老的黑洞，科学家将它命名为Q0906＋6930，它的重量是银河系所有恒星的总和，体积大到装下我们1000个太阳系还有余。领导该项研究的美国斯坦福大学天文学副教授罗杰·罗马尼说：“这个黑洞在宇宙还十分年轻时就形成了，而且它的巨大体积，很让我们吃惊。像这样巨大的黑洞很少见。”

黑洞是人类肉眼无法看见的，科学家只能通过测量它附近发射出的X射线和伽马射线，来确定它的存在，并测量它对位于它附近的星体的引力效应来确定它的质量。但是这个巨大黑洞如此之远，科学家找不到它附近适当星体。罗杰·罗马尼说，科学家计划进一步测量位于它附近的发射出的X射线和伽马射线，对它进行精确的测量。

（三）有趣的现象——黑洞会“唱歌” 天文学家发现黑洞也会“唱歌”。不过，黑洞发出的天籁之音凡人的耳朵根本无法欣赏。它过于低沉，频率只有人耳所能听到的最低声音的上千万亿分之一，是迄今在宇宙中探测到的最低沉的声音。

英国剑桥天文学研究所的一个小组，利用美国宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜，探测到了英仙座星系团中央一个超大质量黑洞所发出的声波。这个星系团距离地球约2.5亿光年。“钱德拉”望远镜共观测到这个黑洞产生的多道声波波纹。天文学家们分析后发现，这些波纹间相隔1000万年的周期。也就是说，该黑洞发出的声波每1000万年振动一周。据此，天文学家们推算出了黑洞“歌声”的音调等特征。

天文学家们说，如果用音乐术语来表述，这个黑洞发出的是降B音。它与钢琴上比键盘中央C音略高的最近一个降B音键的声音音名相同，但音高却低了57个八度，或者说频率只及钢琴发出的降B音的约300万亿分之一。

二、 霍金关于黑洞的新观点

（一）黑洞并非“完全吞食”

1、霍金发布新理论。

据《每日电讯报》报道，2004年7月21日，在爱尔兰都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上，英国传奇科学家斯蒂芬·霍金教授将宣布他对宇宙黑洞的最新研究结果：黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样，对其周遭的一切“完全吞食”，事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息实际上可能会在某个时候释放出来。

2、新理论的意义。 宇宙学家相信，太空中有许多类型的黑洞，从质量相当于一座山的小黑洞，到位于星系中央的超级黑洞，不一而足。科学家过去认为，从巨大的星体到星际尘埃等，一旦掉进去，就再不能逃出，就连光也不能“幸免于难”。而霍金教授关于黑洞的最新研究有可能打破这一结论。经过长时间的研究，他发现，一些被黑洞吞没的物质随着时间的推移，慢慢地从黑洞中“流淌”出来。

霍金关于黑洞的这一新理论解决了关于黑洞信息的一个似是而非的观点，他的剑桥大学的同行都为此兴奋不已。过去，黑洞一直被认为是一种纯粹的破坏力量，而现在的最新研究表明，黑洞在星系形成过程中可能扮演了重要角色。[3]

（二）承认“黑洞悖论”错误

1、承认自己的错误。

英国著名物理学家史蒂芬·霍金２１日向学术界宣布了他对黑洞研究的最新成果。他认为，黑洞不会将进入其边界的物体的信息淹没，反而会将这些信息“撕碎”后释放出去。该理论的提出，说明霍金推翻了29年前他自己提出的“黑洞悖论”。 2、“黑洞悖论”。

1975年，霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大，进入其边界的，也即所谓“活动水平线”的物体都会被其吞噬而永远无法逃逸。黑洞形成后，就开始向外辐射能量，最终将因为质量丧失殆尽而消失。

霍金认为，这种辐射并不包含黑洞内部物质的信息，一旦黑洞消失，这些信息也就丧失

了，这便是所谓的“黑洞悖论”。而该理论与量子物理学的理论背道而驰。量子物理学认为，类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。

这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。近30年来，霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示，黑洞中量子运动是一种特殊情况，由于黑洞中的引力非常强烈，量子力学在此时已经不再适用了。但是霍金的这种说法并没有得到科学界众多持怀疑态度学者的信服。

如今，霍金终于给了这个当年自相矛盾观点一个更具有说服力的答案。霍金称，黑洞从来都不会完全关闭自身，他们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量，随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。

3、赵峥教授的观点。

对于霍金教授提出的黑洞新论，我国黑洞研究专家，北京师范大学的赵峥教授提出了自己的看法。赵教授说，目前霍金关于黑洞的最新研究成果只有媒体消息，学术论文还没有发表，所以这一新的理论还有待证实。有关专家指出，上世纪70年代，霍金提出的“黑洞热辐射”理论是20世纪最杰出的理论物理成就之一，但当时这一理论的一些观点受到了量子物理学者的质疑，科学家们认为被黑洞“吞掉”的物质的信息最终将会随黑洞一起消失，在量子物理的角度上是无法解释的。为此，30年来学术界一直都存在着争论，此次霍金提出的新观点――黑洞在某一时间，将会把它吞掉的信息释放出来，从表面上看弥补了他以前理论的缺陷，但是这也不足以肯定这一理论就是正确的。根据赵教授解释，物质所包含的信息并不像质量或能量一样具有守恒的性质，因此霍金此前的信息消失理论并不是完全无法接受的。

4、张元仲先生的观点。

中科院理论物理所研究员、《物理》杂志副主编张元仲说:“一个理论是否正确要满足两点要求。首先是这个理论本身不能有逻辑上、数学上以及物理概念上的错误,但这只是一个必要条件,而非充分条件。充分条件是只有被物理实验证明是正确的,这个理论才称得上是物理理论。”

就此事而言,他认为:霍金的放弃只是他个人所作的选择,并不能代表其他的科学家意图。每个人都有权利随时产生任何观点,一些科学家也不会因此放弃继续研究大统一理论以及新理论。

（三）令人振奋的新研究成果

尽管霍金的这一重大研究成果还没有公开以论文的形式发表，已经在学术界引起了轩然大波。有的科学家也发表了自己的观点：

1、马尔科姆·佩里博士的观点。

霍金在剑桥大学的同事、著名的物理理论学家马尔科姆·佩里博士表示，“霍金在这次研讨会上提出的观点也许是一种可行的解决方案。但是具体是否能得到最终认可，我看还需要由大家说了算。”但他认为，霍金最新的研究成果将可以和30年前发表的“霍金辐射”相媲美。

2、科特·卡特勒的观点。

另一位物理学家科特·卡特勒在接受访问时说：“霍金发出了一个信息，他似乎在说„我已经解决了黑洞理论中的矛盾之处，我想就此发表一些新的看法‟。但是我们作为该信息的接受者，预先却并没有看到任何有关的书面阐述。作为对霍金本人的尊重，根据他的名誉，我只能暂且先接受这种说法。”

[4]

三、新理论还有待证实

目前由于霍金的学术论文还没有发表，一切都难有定论。对于1974年提出的“霍金辐射”理论，在学术界得到了广泛的肯定，这一理论为黑洞研究做出了杰出的贡献，霍金教授也因此受到学术界的推崇，但他的新理论是否正确还要经过多方的验证。对于黑洞的研究也如是，

从最初提出黑洞概念至今已经有200多年的历史，上世纪60年代开始的黑洞研究热潮也已经持续了近半个世纪，但时至今日黑洞仍然还是一个谜，人们相信黑洞的存在，期待着有一天能够彻底破解黑洞之谜。

参考文献：

[1]《科技日报》，张孟军：《弱肉强食也存在于太空中：一个黑洞撕裂并吞吃一颗恒星》，

2004年2月20日 [2]《科技日报》，沈英甲：《黑洞：尚未确认的天体存在》2004年2月25日 [3]《科技日报》，王婷婷：《霍金：关于黑洞我可能弄错了》2004年7月22日 [4]《解放日报》，曹丽君：《霍金21日演讲：黑洞吞噬物质后\"撕碎重整\"再辐射》2004年

7月22日

[5]《科技日报》，向杰：《霍金的放弃 不足为奇》2004年4月20日

Black hole

Abstract:This paper introduced some problems on black hole,including the formation and some interesting phenomenon of the black hole etc.

In the paper ,the main introduced is Stephen William Hawking’s viewpoint on black hole and his

new theories. british legened scientist -------professor Hawking announced his latest theory on black hole,in 7.12.2004.The new theory still needs to confirm, but its provoked symbols a great progress.people believe the existence of the black hole and hopes that we can crack the riddle of the black hole thoroughly some day.

Key word: black hole; new theory; Hawking

签名：