【摘 要】“黑洞”是一个既熟悉又陌生的词，总感到很熟悉，又说不出什么来。本文将具体阐述黑洞的概念、形成、如何测量等问题，以初步揭开它的神秘面纱。
【关键词】黑洞；概念；形成；存在；测量
前几日偶然间看到一部纪录片，讲述的是由于科学家的撞击试验而形成一个巨大的黑洞，最终导致地球灭亡。多少年来，黑洞总是被人们赋予一种神秘的色彩，但其实黑洞只是一种自然现象，我们可以用科学的规律、方法揭开它的什么面纱。
1.黑洞的概念
黑洞是一个密度很大时空区域，区域中引力场相当强大，造成任何物质都无法从里面逃逸出来。
想彻底弄清“黑洞”这个概念，我们必须先了解逃逸速度。那么，什么是逃逸速度呢？
逃逸速度，是指在一个星体上逃离这个星体引力时所需的最小速度。逃逸速度与星球的质量成正比，即星球质量越大，它的引力越大，逃离引力所需的最小速度也越大。简单地说，我们知道，第一宇宙速度是719km/秒，也就是说，地球卫星想发射成功至少要达到719km/秒的速度。我们可以从牛顿的万有引力定论推论出——地球引力的大小与地球质量的大小成正比。由此可知，如果地球质量增加，那么它的引力也会增加，逃离它所需的最小速度就一定大于719km/秒。
试想一下，如果一个星体的质量大到想从这个星体脱离的速度大于光速，即300000km /秒时，会怎样？相对论认为光速是宇宙里一切物质的运动速度的最大值。如果连光都无法逃离，那么也就没有什么东西能逃脱它的引力了。这就是黑洞。
2.黑洞的形成
我们通常从体积角度对黑洞进行分类，从而将黑洞分为大、中、小三种。本文将以中型黑洞为例对黑洞的形成进行分析。
那什么是中型黑洞呢？中型黑洞是大质量恒星的最终归宿，是大质量恒星在生命的最后时光中经过爆发、内陷、坍缩等后遗留下的。这是一个复杂而漫长的过程。
当恒星衰老时，它内部的核燃料几乎耗尽，产生的能量越来越少，引力在与向外的冲击力的博弈中占据上风，迫使恒星开始塌缩。如果这颗恒星的外部存在着氢和氦，就会导致氢和氦燃烧。同时，核外的温度由于与核的距离很远而远低于核内的温度，造成恒星表面变成红色，恒星演变成为红巨星。
红巨星内部的氢燃烧殆尽后，会继续抛出大量的物质。当恒星剩余的质量不大时会形成白矮星、中子星。这是恒星演变的第二阶段。
而当残存的的质量大于3～4个太阳的质量时，它内部产生的能量不足以支撑它的外壳，核心就会受自身重力的影响开始坍缩，最终形成一个体积很小而密度很大的星体。如果它的半径缩小到小于史瓦西半径，就内有任何东西能逃离这个星体，即使是光。“黑洞”由此诞生。
由此可见，形成“黑洞”必须有两个条件：
一个是星体没有核反映了；
另一个是星体质量超过太阳质量的三倍。不是每一颗恒星都会变成黑洞，只有体积巨大的恒星，并且残存的质量超过3个太阳的质量时，恒星不停塌缩，才会最终形成黑洞。
上述只是黑洞形成的一种方式，黑洞形成还可能有如下途径：
（1）中子星内部的核质量超过它保持平衡的最大限度，星体继续坍缩形成黑洞。
（2）恒星的核心质量低于临界值，同时它向外的抛射也很少，就会变为中子星，但它无法支撑自身的重量而不得不继续坍缩，形成黑洞。
（3）一个中子星不断捕获太空的物质导致总质量超过内外平衡的最大限度，继续坍缩，形成黑洞。
3.黑洞是否真正存在
黑洞这一概念的提出是建立是有理论依据的：
（1）大恒星塌缩后的质量远超过太阳质量的三倍，而自然界中没有任何一种力量可以支撑起这一质量。
（2）已经观测到的热恒星中，有许多质量大大超过太阳质量的三倍。
（3）大恒星从生到死再到形成黑洞需要千万年的时间，而我们居住的银河系已经100亿年高龄，所以有充足的时间形成黑洞。
（4）只要大恒星在塌缩后残存的质量超过太阳质量的三倍，就有可能形成黑洞。而银河系中存在着10亿颗老年恒星。如果按照专家说的每天最少死亡1颗恒星推断，黑洞一定存在。
4.如何探测黑洞
黑洞有三个效应，即引力效应、辐射效应和密度效应。我们可以通过这三个效应来探测黑洞。
4.1引力效应
只有恒星塌缩后的质量超过太阳的质量三倍时才能形成黑洞，所以，黑洞有质量。由此可见，当黑洞在宇宙间活动时，就会产生非常强的引力效应，迫使星光发生弯曲。因此，当我们看到一颗星有两个相同的虚像时，就可以说有一个黑洞存在。
4.2辐射效应
黑洞密度大，引力强，可以将周围的一切物质吸到内部。这些物质在向黑洞运动时会相互碰撞，进而变成等离子态，并释放出大量X射线。我们可以通过观察黑洞附近的X射线，间接地探测黑洞。
4.3密度效应
黑洞内部引力极强，因此在黑洞附近常常存在大密度的恒星。天文观察如果发现某处亮度特别集中，就说明这里可能有黑洞。
5.人类实验会产生黑洞吗
像纪录片中展示的情况是不会出现的，因为黑洞的产生有严格的限制条件，最主要的是密度巨大，而半径很小。而人类的对撞实验无法满足这样的苛刻条件即使会形成极小的黑洞，它存在的时间也只有十亿分之几阿秒。这样短的时间根本不能对地球造成任何的危害。
黑洞的形成需要千万年甚至亿万年的时间，而我们只是时间场合的一个过客。所以，即使有一天我们的地球会被黑洞吞噬，这也是未来千年的事，不会对我们现在的生活造成实质性地影响。
【参考文献】
[1]史蒂芬·霍金，许明贤、吴忠超译.时间简史湖南科学技术出版社，1988.
[2]爱因斯坦全集.科学技术出版社.
[3]中国大百科全书.中国大百科全书出版社，1999.
[4]马文蔚.物理学教程.高等教育出版社，2006.
[5]阿西莫夫、阿西莫夫.最新科学指南.人民出版社，1999.
[6]张守忠译.人造黑洞：现代物理学的开端.世界科学，2003.
[7]张颖译.自相残杀的黑洞.世界科学，2003.
[8]《黑洞浅说——引力的胜利》池培之（四川工程职业技术学院，四川德阳
618000）.