关于黑洞问题研究综述

关于黑洞探索研究综述

【摘要】人类总是对神秘的宇宙充满了好奇心。自从黑洞的猜想被提出以来，众多科学研究者纷纷致力于黑洞的探索与研究，许多与黑洞有关的理论被一一提出。而近几年，我国的科学工作者也在黑洞研究史上留下了属于自己的一笔。相信随着研究的深入，终有一天我们会揭开黑洞那神秘的面纱。

【关键词】黑洞研究理论

天文学中很多研究看似和生活毫无干系，但是却能帮助人类更好地了解外部世界。黑洞，是研究宇宙起源的关键问题之一，自然也是一大研究热门。黑洞是在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体，是由质量足够大的恒星在核聚变反应燃料耗尽而死亡后，发生引力坍塌而形成。黑洞质量是如此之大，它产生的引力场是如此之强，以至于任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也逃逸不出来。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体，故名为黑洞。

一、有关黑洞的著名理论

1.最早的关于黑洞的预言(1783年、1796年)

最早预言黑洞的人是英国剑桥大学的学监米歇尔（J. Michell）和法国科学家拉普拉斯（P. S. Laplace）。1783年，米歇尔指出，一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引力场，以致于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光，还没到达远处即会被恒星的引力吸引回来。米歇尔暗示，可能存在大量这样的恒星，虽然会由于从它们那里发出的光不会到达我们这儿而使我们不能看到它

们，但我们仍然可以感到它们的引力的吸引作用。到了1796年，拉普拉斯则提出：“天空中存在着黑暗的天体，像恒星那样大，或许也像恒星那样多。一个具有与地球同样的密度而直径为太阳250倍的明亮星球，它发射的光将被它自身的引力拉住而不能被我们接收。正是由于这个道理，宇宙中最明亮的天体很可能是看不见的。”

2.广义相对论的黑洞理论(1915年)

爱因斯坦的广义相对论认为，物质的存在会造成时空的扭曲，人们通常所说的万有引力就是时空扭曲的表现。由爱因斯坦广义相对论所推导出来的结论产生了黑洞的概念：一个核反应完全停止的星体，无力顶住万有引力而坍缩；当原子被压破时，就会变成白矮星，而恒星量较大时，则还会敲开原子核，变成挤成一团、密度更大百万倍的中子星；如果坍缩的恒星质量更大时，则坍缩还会进行下去，所有物质会无可避免、永远坍缩下去，所有质量将集中在一个没有大小的“奇异点”上。广义相对论的中心思想是质量会扭曲其附近的时空；而黑洞本身的特质，是为极大的质量集中在极小的区域内，因此黑洞是一个具有极大质量与引力的星体，其引力大到使光线路径扭曲的程度，足以令光线无法逃跑。

3.霍金的黑洞理论（1975年、2004年）

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。然而在这种所谓的“霍金辐射”中并不包含黑洞中有关物质的任何信息。一旦黑洞消失，所有信息也将全部丧失。换言之，人类永远不可能知道黑洞里面是什么样子。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。量子物理中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。当时霍金认为，可能是黑洞强大的引力场，打破了量子物理定律。

霍金在2004年7月21日于都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上推翻了自己坚持30年的理论并提出了新的理论。他说，30年来，自己一直在思考不同形状、体积各异的黑洞在无数年后会出现何种变化。他通过计算证明，黑洞内部最初的信息量与最终的信息量相等。他说，“黑洞里面不会发展出新宇宙。黑洞只是看上去处在形成之中。后来，它就会向外辐射其吞噬的物质的所有信息。不过，这些信息已经被黑洞撕碎、打破和重整了。”

二、我国科学工作者的研究

●2005年中国科学院上海天文台沈志强研究员领衔的国际天文研

究小组，找到了银河系中心人马座A*是超大质量黑洞的确凿证据。

●2009年在国家自然科学基金和“973”项目的资助下，东南大学

教授崔铁军课题组在“电磁黑洞”的研究上又取得了重要进展。

他们首次使用构建的实验装置模拟了微波频段的“电磁黑洞”，并在微波频段实验验证了普渡大学科学家提出的“光学黑洞”理论

方案。

2011年中科院已启动实施“空间科学”战略性先导科技专项，致力于提高我国空间科技创新能力，“十二五”期间将重点探索黑洞、暗物质等宇宙的奥秘。

三、总结

虽然有关黑洞的研究很多，但是由于黑洞的观测有实际的困难度存在，而且宣称某个星体是黑洞者，通常都只给出几张模糊的照片或部分的数据，黑洞的所有特征无法全面验证，一般媒体报道实际仅有部分资讯，无法满足专业天体物理的数据要求，因此天文数据库当中，并没有黑洞，仅有黑洞候选星。由于无法直接证明黑洞的存在，使得有些人对黑洞的存在产生了怀疑甚至否定的观点。

宇之表无极，宙之端无穷。浩瀚无际的宇宙中是否真的存在有黑洞？这个问题仍然困扰着天文学研究者，有待进一步的探讨。

【参考文献】

[1]《广义相对论（第二版）》，刘辽、赵峥编著，高等教育出版，2004年

[2]《时间简史（普及版）》，史蒂芬·霍金，湖南科学技术出版社，2006年

[3]《霍金似乎又要赌输了》，李虎军，《南方周末》2004年7月26日

[4] 《银河系中心超大质量黑洞》，沈志强，《物理》2007年第12期

[5]《我国科学家验证“光学黑洞”理论》，中国广播网，2009年12月31日