理论上,黑洞(black hole)是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。按照质量,天文学家将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(3倍-100倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。
黑洞是一种质量极大的天体,拥有异常强的引力,在它领域的必需区域内,连光也无法逃窜出去,这个边界称为黑洞“事件视界”(Event horizon),就是指围绕黑洞的一个时空边界,一切物质、甚至光泽一旦越过这个边界,永远无法返回。
研究历史
历史上,第一个意识到一个致密天体密度不妨大到连光都无法逃窜的人是英国的自然哲学家约翰·米歇尔。他在1783年写给亨利·卡文迪什一封信中提出这个设法的,他认为一个和太阳等同质量的天体,倘使半径惟有3公里,那么这个天体是不可见的,因为光无法逃离天体表面。
1796年,法国物理学家拉普拉斯曾预言:“一个质量如250个太阳,而直径为地球的发亮恒星,由于其引力的作用,将不允许一切光泽离开它。由于这个原因,宇宙中最大的发亮天体,却不会让我们望见”。拉普拉斯依据牛顿万有引力定律求得黑洞半径拉普拉斯描述的这种天体,是表面的逃窜速度大于光速的天体。一切运动物体倘使小于此速度,最多只能绕星体旋转而不能到远方去,倘使表面逃窜速度大于光速,那么光泽就不能传到远方去,远方得不到它的光泽,它就成了完全黑暗的天体。虽然“黑洞”一词是在1968年由美国天体物理学家约翰·惠勒提出去,但拉普拉斯描述的恰是黑洞这种天体。
1915年12月,在爱因斯坦发表广义相对论1个月后,德国天文学家卡尔·史瓦西即取得爱因斯坦场方程式的精确解,可能关于点质量与球形质量所产生的引力场给出描述,这包括史瓦西度规和史瓦西半径等等概念,该精确解算出,倘使某天体全部质量都紧缩到很小的“引力半径”范畴之内,全部物质、能量(包括光泽)都被引力囚禁在内,从外界看,这天体就是绝对黑暗的存在,也就是黑洞。
按照科学家们的推算,宇宙大爆炸大概发生在137亿年从前。宇宙大黑洞,是一个从爱因斯坦建立广义相对论以后最重要的物理理论结果,也是现在唯一一个不妨统一相对论和量子理论,同时又不妨使人类在对物理极至理论的探索道路上继续迈进的一种星体。
黑洞是神秘的,说它神秘是因为黑洞是位居宇宙空间和时间构造中的一些深不见底的类似井状的东西,拥有极大的吸引力,包括光在内的一切物体都无法逃脱被吸入的命运。这就使得人们关于黑洞的研究变得异常困难,它既不向外散发能量,也不表现出一切形式的能量,人们根本无法看到它。因此,人们关于黑洞的研究就象是对一种看不见的东西进行研究。