科普知識！黑洞，為什麼我們要尋找它？

2001年3月29日，人類第一次在銀河系邊緣發現黑洞。那麼，為什麼要尋找黑洞呢？

二三十年來，「黑洞」在天文學和天體物理學中是一個熱門話題，它作為理論預言的一種奇特天體，吸引了眾多的科學家。

什麼是黑洞？早在1798年，法國天文學家拉普拉斯以牛頓力學為基礎，預言宇宙中存在著這樣一種天體：一個密度像地球，直徑比太陽大250倍的亮星，由於它自身引力，將會使它的任何光線到不了我們這裡，由於這種原因，很可能使得宇宙中最大的明亮天體也會變得看不見了。他稱這種天體為「黑暗的一團」。1916年，愛因斯坦創立了廣義相對論，提出引力使時空彎曲的原理。不久，德國天文學家史瓦西在求解廣義相對論中引力場方程時提出，存在著一種不旋轉、不帶電、球對稱的天體——黑洞。

史瓦西算出，當一顆坍縮的星體的半徑R縮小到R=2GM/C2時，就會成為黑洞。這裡M表示坍縮星的質量，C為光速，G為引力常數。根據這個公式，假如把太陽壓縮成一個黑洞，那麼它的半徑只有3千米左右；如果M是地球質量，地球被壓縮成黑洞後的半徑只有0.89厘米！這時每立方厘米的物質質量高達20萬億噸以上。

黑洞具有強大的引力，由於它沒有發出任何輻射，所以不可能直接被我們觀測到。正因為如此，過去幾十年中，許多科學家為研究黑洞絞盡腦汁，仍然感到十分困惑、茫然。20世紀60年代以來，在類星體、脈衝星等重大天文發現的啟迪下，黑洞理論又被人們提到研究日程上來了。

近年，科學家認為，黑洞作為廣義相對論預言的一種特殊天體，其基本特徵是具有一個封閉的邊界，稱為「視界」。外界的物質和輻射可以進入視界，而視界內的一切卻不能跑到外面來。有些科學家指出，銀河系中可能存在10億個黑洞，那是從前許多代大質量恆星坍縮而形成的。人們之所以至今未找到這種天體，理由還是黑洞的引力場太強了。有人甚至幽默地說，我們可能就生活在包括我們整個宇宙在內的一大黑洞之中。作為廣義相對論的發展和應用，現代黑洞理論取得了可喜的成就，在天文學中已得到了越來越廣泛的應用。人們雖然不能直接觀測到黑洞，但是，由於它的強大引力會影響到附近天體的運動，比如說，物質在落向黑洞、接近而尚未抵達其視界時，能釋放出強的高能X射線或者γ射線，由此可以推測黑洞的存在，或者說為搜尋黑洞提供了重要的線索。

天鵝座X-1這個強X射線源是很著名的，許多天文學家認為它是最有希望的黑洞候選者。它有一顆看不見的伴星，其質量約為太陽質量的8～10倍，密度相當大，如此質量和大小的天體正好與伴星為黑洞的要求相符。但是要最終確定天鵝座X-1這個雙星的伴星是否為黑洞，尚需做大量的研究工作。如果這個黑洞一旦被證實，那將是最為重要的科學發現之一。

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