太初黑洞（太初黑洞找到了吗）

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太阳系什么时候出现黑洞？

绝大部分的天文学家、宇宙学家认为，多数大质量黑洞是由恒星演化而来的，这种由恒星演化而成的黑洞一般称为恒星质量黑洞、大质量黑洞。恒星质量黑洞的质量相当于若干个太阳，超大黑洞的质量也许相当于10亿个太阳，其体积约相当于整个太阳系。宇宙中质量小一些的黑洞是在宇宙“大爆炸”出现或在宇宙形成早期出现的，称为太初黑洞或原始黑洞。相信宇宙“大爆炸”学说的天文学家、宇宙学家推测，大爆炸中可能已经产生了大量的微黑洞或原始黑洞，它们提供了宇宙质量的相当大部分。这种微黑洞典型大小同一个原子相当，质量大概是1亿吨。目前，没有证据表示这种天体确实存在。

恒星会演化成为黑洞的观点主要是一位美国籍科学家萨拉玛尼安·强德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）的思想的预言。

1928年，在从印度乘船来英国求学途中，身为研究生的强德拉塞卡算出在耗尽所有燃料之后，多大的恒星可以继续对抗自己的引力而维持自己。这个思想是说：当恒星变小时，物质粒子靠得非常近，而按照泡利不相容原理，它们必须有非常不同的速度。这使得它们互相散开并企图使恒星膨胀。一颗恒星可因引力作用和不相容原理引起的排斥力达到平衡而保持其半径不变。

强德拉塞卡意识到，不相容原理所能提供的排斥力有一个极限。恒星中的粒子的最大速度差被相对论限制为光速。这意味着，恒星变得足够紧致之时，由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。强德拉塞卡计算出：一个约为太阳质量1.44倍的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。即，不相容原理不能够阻止质量大于这个极限的恒星发生坍缩。这个质量现在一般称为强德拉塞卡极限。

强德拉塞卡极限为天文学家、宇宙学家预言恒星的命运，提供了一个决定性的思想，恒星的命运最终只有三种：白矮星、中子星和答烂黑洞。强德拉塞卡与美国科学家W.福勒(获奖理由：宇宙间化学元素形成方面的核反应的理论研究和实验)分享了1983年诺贝尔物理奖，理由是他在“恒星结构和演化方面的研究”，一些天文颤举橡学家、宇宙学家却深信，部分原因在于他早年所做的关于冷恒星的质量极限的工作。

如果一颗恒星的质量小于1.44个太阳质量，核能耗尽后，引力促使恒星收缩，收缩至原半径的几十分之一到百分之一，变成半径为几千英里和密度为每立方英寸几百吨的“白矮星”。天文学家、宇宙学家认为，白矮星是由其物质中电子之间的不相容原理排斥力来支持的，是一种中心密度很高，仅靠剩余热量发光的白色天体。随着它的余热逐渐消失，表面温度逐渐降低，成为红茄旁矮星、黑矮星。他们观察到大量这样的白矮星。第一颗被观察到的是绕着夜空中最亮的恒星——天狼星转动的那一颗。

恒星的第二种命运。核能耗尽之后，质量大约为太阳质量的1.44倍至2倍，其体积甚至比白矮星还小得多。这些恒星由一种叫做中子的基本粒子组成的超密度恒星，由中子和质子之间的不相容原理排斥力所支持，所以被中子星，它们的半径约10英里，密度为每立方英寸几亿吨。中子星自转特别快。最早的中子星是1967年在狐狸座内发现的，由于它周期性地发出脉冲，又叫脉冲星.

第三种命运。恒星在核能耗尽后，如质量超过2太阳质量，则平衡状态不再存在，星体将无限制地收缩，星体的半径愈来愈小，密度愈来愈大，终于达到临界点，这时它的引力之大足以使一切核子，包括光子，都不能外逸，就象一个漆黑的无底洞，因而称为“黑洞”。

在宇宙的漫长历史中，很多恒星应该已经烧尽了它们的核燃料并坍缩了。黑洞的数目甚至比可见恒星的数目要大得相当多。银河系约有1000亿颗可见恒星。有的天文学家、宇宙学家认为，只有这样巨大数量的黑洞的额外引力就能解释为何目前我们星系具有如此的转动速率，单是可见恒星的质量是不足够的。他们甚至确信，在银河系的中心有大得多的黑洞，其质量大约是太阳的10万倍。

人类赖以生存的太阳是不会变成黑洞的，因为它的质量太小了。科学家们预测，太阳最终会演化成为一颗白矮星。那些经历一系列演化之后中心质量在太阳2.5倍之上的的天体，才有可能成为黑洞。

恒星可以演化为黑洞，宇宙“大爆炸”会形成黑洞，是否如上所述，黑洞只有两条成长道路呢？太阳系是否存在这样的黑洞，为我们以相同的特征和类似的观测方法寻找到呢？

六、黑洞之谜

“黑洞现象”是科学史上极为罕见的情形之一，在没有任何观测到的证据证明其理论是正确的情形下，作为数学的模型被发展到十分详尽的地步，许多科学家为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着。由于慧心理论的出现，我们终于可以彻底掀开蒙在黑洞身上的面纱，仔细端详令众多科学家耗尽无数心血的“黑洞”究竟是什么样的天体。

黑洞至少还应该有这样一条成长道路，星系边缘的慧心聚合成慧心体，逐渐演化为一个黑洞，具体历程与前述的彗星形成过程相似。慧心体聚合成为慧心云，形成彗星，最终演化成为体积质量更大的天体，进入我们的视野，成为天文学家、宇宙学家研究的“黑洞”。

我们以海王星卫星一为例，讨论天体是怎么成为黑洞的。就目前已知太阳系星球范围内，按慧心理论的思想，海卫一会成为我们视野里的第一个黑洞。当然，作为观测者，我们不能站在太阳系里，至少也要置身于太阳系的边缘。假若海卫一距离太阳30个天文单位，我们可能至少需要距离太阳32个天文单位。

海王星的表面温度为56K(-217℃)，大海卫一表面温度为38K(-235℃)。海王星发射(反射)的能量传递至邻近的一颗慧心H(h)，能量表示为

E(h)=iT(h)=56i

海卫一发射(反射)的能量传递至邻近的一颗慧心H(y)，能量表示为

E(y)=iT(y)=38i

我们知道，太阳的能量(光)通过慧心传递至地球，随着传递距离增加，能量逐渐减少。同理，随着传递距离的增加，海王星、海卫一通过慧心向宇宙空间传递的能量(光)也会逐渐减少。损失的能量留在空间沿途的慧心身上。大小不同的两份能量，在传递过程中通过一个相同的有限空间，它们损失(留在空间慧心身上)的能量是相同的。

这样的思想也可以通过这样一个例子来理解。一大一小两碗水，通过杯子盛入缸里。杯子就一个，有一个内腔。杯子盛水时，水会流入内腔；倒水时，内腔里的水不会自动流出。这个杯子类似传递能量的慧心，水类似需要传递的能量。小碗水注入杯中，小部分水流入杯子内腔，在向缸倒水时，杯子内腔的水是继续留在杯子里的。结果，小碗中绝大部分水传递到了缸里，一小部分水损失了(留在杯子内腔里)。我们把杯子内腔里的水清空，传递大碗里的水，结果也是一样，大碗里绝大部分水传递到了缸里，一小部分水损失了(留在杯子内腔里)。大小两碗水在传递过程中损失的水是一样的。大小两份能量，通过一个相同的有限空间传递，损失的能量是相同的。

我们继续讨论海卫一是怎么会成为黑洞的。经过海王星慧心H(h)与海卫一慧心H(y)的连线中点，作一条垂直线。我们作为观测者位于此垂直线上的某一位置W。这是一个等腰三角形的顶点。这样，来自海王星的能量E(h)与来自海卫一的能量E(y)传递至W时，基本上可以认为通过了相同的空间。因此，仅仅由于来自两个天体的能量E(h)与E(y)在开始传递时的初始能量(光)也不等，即E(h)≠E(y)，我们在W接收到来自两个天体的能量(光)也不等，即［E(h)-E］≠［E(y)-E］，其中E为能量通过空间传递时损失的能量(留在沿途空间的慧心身上)。

若观测点W距离海王星、海卫一比较近，能量损失得少，即E38i，38i-E0，我们可以观测到海王星、海卫一两个天体。人类生活的地球正处在这样的一个位置。

若观测点W距离海王星、海卫一比较远，能量损失得多，即38i0，我们只能观测到海王星一个天体。当然，我们会发现海王星的运行轨道受到影响，从而观测确认存在一个黑洞，如同我们观测确认其它星系的黑洞一样，而这个黑洞我们已经知道，正是海卫一。如果观测设备比较精密，我们可以观测到海王星的光（能量）射（或反射）向黑洞（即海卫一），我们也可以观测到黑洞（即海卫一）在向周围空间辐射（反射）光（能量）。后一种（海卫一）辐射即是霍金辐射。

若观测点W距离海王星、海卫一比较遥远，能量损失得太多，即E56i，56i-E0，我们观测不到海卫一，也观测不到海王星，更不会发现海王星的运行轨道受到影响。我们的视野里只有茫茫宇宙中别的天体。

如本文开篇所述，人类对客观世界的观测存在最小能量D的限制，把这一层因素一起加以考虑，我们观测发现海卫一成为“黑洞”的位置W，会距离太阳更近一些。即［38i-E］必须小于某一个大于零的数值。

在W无法观测到海王星或海卫一，并不表示其能量E(h)或E(y)肯定没有传递至W所在的有限空间。有时E(h)、E(y)已经传递来到W所在的有限空间，只不过由于E(h)、E(y)的值太小，不大于W所在有限空间的宇宙背景微波辐射的值。除非来自海王星或海卫一的能量E(h)或E(y)具有某种特别的识别标志，否则我们无法从宇宙背景微波辐射把它们辨别出来。

这样的思想可以除去我们心中的另一个疑团，为何人类在地球附近的有限空间观测，只能观察到海王星有2颗卫星，而“旅行者2号”临近海王星观测，发现海王星另外还有6颗卫星。当然，如果观测与计算精确，人类虽然不能在地球附近有限空间里观测到海王星的其余6颗卫星，不过，人类会发现海王星附近存在黑洞。作为黑洞的影响作用于海王星的力量来源正是6颗卫星(也可能只是六颗中的若干颗卫星)。

有了这样的思想，重新分析美国科学家对30亿光年处子弹星系团的观测结果，我们会知道，如果观测点不在地球附近有限空间，而在一个更加遥远的有限空间，那么，可以观测到碰撞前两个星系团在分别转动，碰撞后只有一个星系团(原来两星系团中各自的发光物质构成)在转动，而且是围绕某一个不可见天体(原来两星系团各自不发光物质构成)转动，一个黑洞。换言之，观测结果是：两个星系团碰撞，出现一个星系团，一个黑洞。

黑洞附近的可见天体围绕黑洞转动不过是一种观测错觉。目前观测发现的黑洞都在遥远的外星系，由于距离极其遥远，若非精确观测与计算，难以如实辨认两个相对转动的天体，究竟哪个天体在围绕哪个天体转动。根据万有引力理论和广义相对论的思想，大质量天体吸引小质量天体，大质量天体围绕小质量转动。科学家们很容易误认为是可见天体围绕黑洞转动，因为在科学家的意识里，已经认定黑洞是大质量天体，而可见天体是小质量天体。在人类认识宇宙的历程上，曾经历过地心说和日心说，至少现在我们可以肯定，地球不是宇宙的中心，太阳也不是宇宙的中心。

一些物理学家、天文学家、宇宙学家，根据牛顿万有引力理论和爱因斯坦广义相对论推导出的黑洞，不过是人类已经熟悉的天体之一。天文学家在宇宙中观测发现的“黑洞”与我们已经熟悉的天体——彗星、卫星、行星、恒星、星系——并无本质的区别。

在乘坐宇宙飞船离开太阳系开始星系旅行的旅途上，随着我们与太阳相距越来越远，回首遥望，海卫一从我们视野里消失了，海王星的运行出现异常，仿佛在围绕一个不可见天体持续转动。以黑洞的基本特征及黑洞的观测方法，毫无疑问海王星围绕转动的不可见天体是一个黑洞，而我们心里十分清楚，这个所谓的黑洞正是我们熟悉的海卫一。海卫一可能是在我们离开太阳系时所能观测到的太阳系的第一个黑洞。

地球是否也会成为宇宙中某一有限空间某一位置的观测者视野里的一个黑洞呢？回答是肯定的。如果在宇宙中距离地球某一尺度的有限空间(此空间为一个圆形或椭圆形的厚层，太阳是其圆心或焦点之一)，观测者会发现地球成为太阳、水星、金星三者之一的一个黑洞。当然，观测者是无法直接观测到地球的，只能根据地球对周围天体(太阳、水星、金星三者之一)的影响判断地球(黑洞)的存在。由于相距遥远，观测者也不能如实观确认两个相对转动的天体，究竟哪个天体在围绕哪个天体转动。根据万有引力理论和广义相对论的思想就会误认为，黑洞(实为地球)的质量是太阳、水星、金星三者之一的质量，可见天体(太阳、水星、金星三者之一)围绕黑洞(实为地球)转动。就是说，若观测到的可见天体实际上是太阳(或是水星或是金星)，而黑洞实际上是地球的时候，根据万有引力理论和广义相对论，观测者会误把太阳(水星、金星)的质量认为是地球的质量，并误认为是太阳(水星、金星) 围绕地球(黑洞)转动。

太阳系里的最后一个黑洞会是谁呢？是太阳自己，还是八大行星之一呢？如果在有限的时间内，太阳系没有新的天体诞生，也就是维持目前太阳与八大行星的现状，那么太阳系最后一个黑洞会是太阳与八大行星之一。其中又有三个天体最为可能：太阳、水星、木星。三者都有可能，各有各的理由。水星距离太阳最近，这是它可能的唯一理由，它是八大行星之中最小的。木星是太阳系里的第二大天体，其质量为其余七大行星质量之和的两倍，本身发热，发出热量为吸收热量的2倍。最后一个黑洞会是这三个天体之中的哪一个呢？太阳系最后一个可以让人类观测到的“黑洞”，不会是木星，也不会是水星。

是金星，这颗太阳系里温度最高的行星。由于稠密大气层的温室效应，金星成为太阳系里除太阳以外温度最高的天体，这是它成为太阳系最后一个黑洞的唯一理由。天文学家估计，金星表面温度在737K——773K(465℃——500℃)，平均温度750K，远远高于距离太阳最近的水星，水星的表面温度最高温度只有700K，没有太阳照射一面温度低至90K，由于大气层稀薄，两极温度低至73K(-200℃)，因而平均温度并不高。木星体积质量固然比较大，不过平均温度只有123K(-150℃)。

太阳系里的最后一个黑洞肯定不会是太阳的原因在于，在遥远的星系观测，假如连太阳这个太阳系里最亮的天体也无法观测到，那么在观测者视野里，太阳系将不复存在，太阳系的黑洞也就无从谈起。

什么是原生黑洞？

1965年，人们观测到一束来自白天鹅星座的X射线，科学家称它为“天鹅座X－盯租旦1”，它是一个明亮的蓝色星体，它还有一颗看不见的伴星。科学家根据“天鹅座”发射出来的强射线，找到了编号为HDE226868的星体，它就是X射线的射线源。这是一个巨大无比的星体，质量为太阳的30倍，它围绕另一颗星高速运转。后经研型扒究认为，X射线不是从HDE226868上发射的，这颗伴星质量是太阳的5～8倍，但看不到它的位置，这是黑洞发源地的可能性非常大。

本世纪70年代，凯扰美国物理学家惠勒推断出黑洞的构成极其简单，用不着压强、温度，也用不着谈它的化学组成，仅需一个物理量就足够了。关于黑洞的形成原因，有人认为是由于恒星在其晚年，因燃料被消耗完，便在自身引力下开始坍缩。如果坍缩星体的质量超过太阳的3倍，那么，其坍缩的产物就成为黑洞。还有人认为当超新星爆发时，一部分坍毁的恒星便会变成黑洞。也有人认为，在宇宙发生大爆炸时，其产生的巨大力量把一些物质挤压得非常紧密，形成了“原生黑洞”。

什么是原生黑洞？宇宙中存在时间最短的黑洞

黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。而太初黑洞并不是由恒星坍塌而形成，与其他黑洞不同，太初黑洞是在宇宙刚刚创生时在高压条件下物质紧密结合的产物，而且这种黑洞质量比其它黑洞更加小，有时甚至小到连肉眼都无法辨别。太初黑洞的的尺度甚至比原子核还要小。

　 据说，太初黑洞只在宇宙大爆炸之后几微秒内存在，因为宇宙还来不及膨胀，而整个宇宙又充满了光，超高温超高压的情况下，是可能造出小黑洞的，不过极小，最多吸收几十个光子就蒸发了。对于那些较小质量的原生黑洞，科学家认为有可能与 暗物质有关，以此来解释暗物质的一些问题。

虽然暗物质被认为是宇宙的主宰，在一定程度上说，其是统治着整个宇宙，我们所能看见的宇宙中的物质仅仅是沧海一粟。但是，探测暗物质并不是通过正常的观测手段，由于暗物质不与电磁力发生相互作用，所以用传统的电磁波天文观测无法发现其存在，只能间接地通过引力效应来推断其存在。研究人员认为：这项新的研究可以帮助科学家更好地了解暗物质到底是什么，我们已经知道其统治着宇宙，却还不知道它到底是什么。太初黑洞在宇宙学中被认为存在于大爆炸发生后密度较高的时期，也就是处于宇宙加速膨胀的早期阶段。我们目前知道，今天的宇宙诞生于137亿年之前的一次大爆炸。

由于太初黑洞比目前宇宙恐怖的黑洞要小很多，其体积甚至比原子核还要小，因此不会将整个恒星吞噬掉，自然也不会把光也掩没了棚袭。与此相反，由于太初黑洞体积太小，与恒星发生碰撞等接触时，会导致恒星表面上出现明显的振动现象。通过观察恒星表面出现异常运动，我们就可以弄清楚在恒星内部正在发生着什么情况。同理，如果一个太初黑洞穿过一颗恒星中央核结构，我们就可以通过观察其表面的振动来了解恒星内部的相互作用。现在，对于本次研究的科学家而言，可能仅仅只是一搭和喊个时间的问题。研究人员模拟一个太初黑洞具有多大体积，才可以使得其与恒星发生接触时造成恒星表面出现明显振动波纹。结果发现，当质量达到一个典型的小行星水平时，才可符合这个要求。

形成

太初黑洞是当一颗质量相当大的星体之核能耗尽后，残骸质量比太阳质量高3倍的恒星核心会演化成黑洞，若中子星有伴星，而中子星吸收足够伴星的物质，也能演化成黑洞。在黑洞内，没有任何向外力能维持与重力平衡，因此，核心会一直塌缩下去，形成黑洞。

　当物质掉进了事界，纵使以光速计算，也不能再走出来。 爱因斯坦以几何角度把黑洞解释为空间扭曲的洞，物质随空间而行，如果空间本身就是洞，是没有物质可逃出的。

为了要形成黑洞，质量越小、物质压缩后的密度就越高 高密度时产生强大的压力与收缩相抗衡 然而比太阳质量还小的黑洞在现代宇宙中是不可能形成的 但是在宇宙开始膨胀时有很高的密度 查儿多维奇和伊戈尔.诺维科夫在1967年，霍金在1971年都曾设想在宇宙膨胀的早期阶段可以产生黑洞他们可以有小质量这样的黑洞就称为太初黑洞。尺度比原子核小的黑洞称为太初黑洞。

你可以想象一颗具有十倍太阳质量的恒星。在它的大约十亿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五倍的物体。从这种恒星表面的逃逸速度大约是每秒一千公里。也就是说，一个以小于每秒一千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。当它的半径缩小到三十公里，其逃逸速度就增加到每秒三十万公里，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。

　其结果就是一颗黑洞：这是时空的一个区域，从这个区域不可能逃逸到无穷远。黑洞的边界被称作事件视界。它对应知野于从恒星发出的刚好不能逃逸到无穷远的，而只能停留在施瓦兹席尔德半径处徘徊的光线的波前。施瓦兹席尔德半径为R=2GM/c^2，这里G是牛顿引力常数，M是恒星质量，而c是光速。对于具有大约十倍太阳质量的恒星，其施瓦兹席尔德半径大约为二十公里。

现在有了相当好的观测证据暗示，在诸如称为天鹅X-1的双星系统中存在大约这个尺度的黑洞。也许还有相当数目的比这小得多的黑洞散落在宇宙之中。它们不是由恒星坍缩形成的，而是在炽热的高密度的介质的被高度压缩区域的坍缩中产生的。人们相信在宇宙启始的大爆炸之后不久存在这样的介质。这种“太初”黑洞对我将在这里描述的量子效应具有最大的兴趣。一颗重十亿吨的黑洞具有10-13厘米的半径，只有一颗中子或质子的尺度。它也许正绕着太阳或者绕着银河系中心公转。

“太初黑洞”是指在宇宙前期极高的温度和压力下所产生的黑洞。因为其特殊的形成原因，其质量很小,根据霍金的黑洞辐射定律，质量越小，辐射的能量越高。

太初黑洞是宇宙大爆炸时几秒内形成的黑洞，其大小只相当于一个质子，在所有的黑洞理论中，霍金辐射率与质量成反比。因为这个放射过程逐渐地降低黑洞的质量。很小质量的黑洞在其过程中，会出现一种类似于高压放气一样，大量辐射爆发的最后阶段。这个相当于一个氢弹产生数百万吨的爆发力。在当前的宇宙年龄下，即使一个普通黑洞也不会失去所有的质量。然而，由于原生黑洞并非由恒星核心崩溃形成，他们可以是任意大小。并且太初黑洞的生命周期很短，因为其本身能够放出大量的霍金辐射。一个原子大小的太初黑洞质量大约为10^4KG，温度为6000度。当他进一步蒸发时体积会减小。根据霍金的描述黑洞最后会在一个爆炸中消失殆尽。

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