离我们最近的黑洞 向我们走来的黑洞
人们一般觉得黑洞是一件神秘的新事物，其实，由400年前牛顿力学和万有引力理论，就可引伸出黑洞来。万有引力理论指出，物体都有引力，两个物体之间引力的大小与它们的质量成正比，与它们之间的距离平方成反比。天体表面上的物体，要想挣脱天体的引力束缚逃离这个天体，必须达到一定的运动速度。这个速度被称为逃逸速度。不同质量的天体有不同的逃逸速度，天体的质量越大，所需要的逃逸速度越大。如月球为5千米/秒，地球为11.2千米/秒，木星为59.5千米/秒，太阳为620千米/秒。如果逃逸速度等于和大于光速，即30万千米/秒，那么，连光也无法逃离这个天体了，这正是连光线都吞食的黑洞!
当然，对任何一个自然规律和宇宙奥秘的透彻认识，都会有一个或长或短的过程。让我们来看黑洞是如何一步步向我们走来的。
1783年，英国剑桥学监约翰・米切尔牧师在一篇哲学论文中说，如果一个星球的密度与太阳相同，而半径为太阳的500倍，那么，一个从很高处朝它下落的物体，当到达它的表面时，速度将超过光速。由此推论，从这个星球发出的光，也将被它自身的惯性力拉回去，因为光是由粒子组成的，也会受到与惯性力成正比的力的吸引。天文学家、天体力学和数学家波尔・拉普拉斯在1796年也作了类似的叙述。
1915年，爱因斯坦在广义相对论中涉及了光和引力的关系。随即，德国物理学家卡尔・史瓦西得到一个描述球状物体周围真空中引力场的爱因斯坦方程的精确解，即球状物体在半径R=2M(M为球状物体的质量。这个公式是经过数学处理简化而来的)时，时空几何出现奇异现象，在R=2M以内，空间和时间都丧失了自己的特征，时间趋于无限(曲率无限大)，而距离变成零，即成为一个“奇点”。这个半径叫临界半径，也叫史瓦西半径。
1920年，A・安德森指出，“如果太阳持续地收缩，终会有一天消失在黑暗中。这并不是因为它不再发光，而是因为它的引力场变得使光不能透过。”
1921年，O・洛奇指出，“一个质量足够大并足够密集的物体将能够留住光，使之不能射出”，“如果太阳这么大的质量能收缩到一个半径约3千米的球内，这样一个球将具有上面所说的性质，但是这种程度的收缩是超出理性认可范围的……然而，一个恒星系统，比如说一个超漩涡星云，如果总质量为太阳的1015倍，半径为300秒差距，则相应的密度只有10-15克/厘米 3，而光也不能从中逃逸出来。这样一种物质聚集状态看来就不是完全不可能了。”
1939年，罗・奥本海默和哈・施奈德运用广义相对论，对球状物体在史瓦西半径以下的引力坍缩计算时，发现质量巨大的恒星最后不可能形成稳定的中子星，没有任何力量能够阻挡巨大引力造成的星体物质的坍缩，最后成为体积为零、密度无限大的点。而远在达到这种状态之前，它就停止了与外部世界的一切信息交流，而只进不出。他们严格地证明了，物质连同时空，将坍缩成连光也不能从中逃逸的区域。由此正式诞生了引力坍缩理论。
20世纪50年代以后，约翰・惠勒、邓・西阿玛、史蒂芬・霍金、罗杰・彭罗斯、布兰登・卡特等人对引力坍缩理论做了大量和卓有成效的研究。1967年12月29日，约翰・惠勒在一次学术会议上，将“引力完全坍缩的天体”形象地称为“黑洞”。自此以后，黑洞这个称呼便为大家所接受。
黑洞的形成，可从广义相对论中得到解释。广义相对论指出，引力会使光线弯曲。在恒星的引力坍缩过程中，随着它的半径趋近于史瓦西半径，光线发生弯曲，逐渐地有些光线被吸引回去，能逃逸出来的光线越来越少，当达到史瓦西半径时，全部光线都逃逸不出来，黑洞便形成了。由于光线无法逃离黑洞，所以我们无法看到黑洞。
到此为止，向我们走来的仅仅是理论上的黑洞。宇宙中真有黑洞存在吗?它在哪里?
在20世纪90年代以前，对黑洞在哪里的问题，多半还是理论上的推测。90年代以后，随着望远镜技术的发展，特别是望远镜技术进入太空，实际的黑洞已一个个地向我们走来了。举例如下：
1990年春天，在苏联格拉纳卫星上的法国西格玛望远镜，在银河系中发现一个X和γ射线源，可能是个黑洞。
1997年5月美国科学家宣称，哈勃望远镜和X射线观测卫星在猎户座星云距地球5000万光年的一个星系中心，拍摄到一个10亿倍太阳质量的黑洞正在吞食物质的照片。
1998年6月美国科学家宣称，发现在狐狸座距地球1.91亿光年的NGC7052星系中心一个300倍太阳质量的黑洞周围的尘埃圆盘。
1999年4月，美国天文学家科尔伯特宣称，在距地球约360万光年的M82星系中心发现10～100倍太阳质量的新型黑洞。
1999年8月，美航宇局宣称，发现距地球1亿光年的NGC3516星系中心黑洞吞食周围的物质的直接证据。
1999年9月，天文学家拉・雷沃洛宣称，在天蝎座中找到黑洞由超新星爆发形成的证据。
2000年9月，天文学家根据钱德拉X射线观测卫星和夏威夷凯克望远镜的观测，分别发现M82星系中距地球约1000万光年的一个中型黑洞；银河系中心处人马座A*黑洞，其质量约260万倍太阳质量，距地球2.6万光年。
你知道如何探测黑洞吗?
下一期我们介绍如何给黑洞照像 (李龙臣）★