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黑洞形成的原因

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黑洞形成的原因

  黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后,發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。黑洞的質(zhì)量極其巨大,而體積卻十分微小,它產(chǎn)生的引力場極為強(qiáng)勁,以至于任何物質(zhì)和輻射在進(jìn)入到黑洞的一個(gè)事件視界(臨界點(diǎn))內(nèi),便再無法逃脫,甚至目前已知的傳播速度最快的光(電磁波)也逃逸不出。

  黑洞形成的原因

  為了了解什么是黑洞,讓我們先從太陽這樣的恒星談起。我們知道,太陽的直徑為1,392,000公里,它的質(zhì)量為地質(zhì)質(zhì)量的330,000倍。在這樣大的質(zhì)量、從表面到中心的距離這樣長的情況下,位于太陽表面的任何東西所受到的引力大約相當(dāng)于地球表面引力的28倍。

  任何一顆普通的恒星都會(huì)由于下述兩種因素的相互平衡而保持其通常的大小。其中一個(gè)因素是恒星中心有非常高的溫度,因而會(huì)使恒星的物質(zhì)經(jīng)常處于膨脹的狀態(tài)。另一個(gè)因素就是它本身具有很大的引力,從而會(huì)使恒星的物質(zhì)傾向于收縮而擠壓在一起。

  但是在恒星生存期的某一階段,其內(nèi)部溫度將會(huì)降低,這樣一來,引力將會(huì)成為一個(gè)主導(dǎo)的因素,結(jié)果,這顆恒星就會(huì)開始坍縮,在這個(gè)過程中,恒星內(nèi)部物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞。這樣一來,原子將不復(fù)存在,替代它的將是一個(gè)個(gè)電子、質(zhì)子和中子。這顆恒星將會(huì)坍縮到這樣一種程度,這時(shí)電子的相互排斥力將使該恒星不能夠再進(jìn)一步坍縮。

  這顆恒星于是就成為一顆“白矮星”。像太陽這樣的恒星一旦坍縮成為一顆白矮星,它的全部物質(zhì)將被擠壓成為一個(gè)直徑只有大約16,000公里的球體,它的表面引力將變成地球表面引力的210,000倍(因?yàn)樗馁|(zhì)量雖然沒有變,但是從表面到中心的距離則大大縮短了)。

  在某些條件下,引力將變得如此之大,甚至能戰(zhàn)勝電子之間的排斥力。結(jié)果,這顆恒星將會(huì)再度坍縮,并迫使其全部電子和質(zhì)子彼此結(jié)合為中子,這樣一來,這顆恒星將一直收縮到所有的中子都彼此接觸為止。到了這一步,這個(gè)中子結(jié)構(gòu)物又將會(huì)抵制進(jìn)一步的坍縮,這顆星于是成為一顆中子星。這樣的中子星將把太陽的全部質(zhì)量壓縮在一個(gè)直徑只有16公里的球體內(nèi)。結(jié)果,它的表面引力將是地球引力的210,000,000,000倍。

  在某些條件下,引力甚至能進(jìn)一步戰(zhàn)勝中子結(jié)構(gòu)的抗拒。這時(shí)候,再也沒有任何東西能夠抵抗得住它的進(jìn)一步坍縮了。結(jié)果,這顆恒星就會(huì)坍縮到體積等于零,而它的表面引力就會(huì)無限地增大。

  根據(jù)相對論,一顆恒星所發(fā)射出來的光,當(dāng)它克服該恒星的引力場而向外射出的時(shí)候,將會(huì)失去一定的能量。引力場越大,所失去的能量也越大。這一點(diǎn)已經(jīng)由科學(xué)工作者經(jīng)過天文觀測和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。

  由太陽這樣的普通恒星發(fā)射出的光,它失去的能量是很有限的。由白矮星發(fā)射出的光會(huì)失去較多的能量;由中子星發(fā)射出的光會(huì)失去比這更多的能量。當(dāng)這顆中子星進(jìn)一步坍縮時(shí),就會(huì)出現(xiàn)這樣一種情況:從它的表面向外射出的光將會(huì)失去它的全部能量,從而根本不可能逃逸出去。

  一個(gè)比中子星坍縮得更厲害的天體,它的引力場將是如此之強(qiáng),以致任何靠近它的東西都將被它所捕獲,并且再也不能從它里面逃逸出去。這就如同被捕獲的物體落進(jìn)一個(gè)無底洞的情況一樣。而且,正如上面所說,甚至連光也不能逃逸出去,因此,這個(gè)坍縮了的天體將是黑的。正因?yàn)樗认駛€(gè)無底洞,而且又是黑的,所以天文學(xué)家就把它叫做“黑洞”。

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