走进黑洞（科普文） 已更新

本文摘自《科学世界》2005年5月号

恒星的质量上限

质量超过一定极限就会形成黑洞!?

存在着黑洞的依据   
     按着科学家现在对恒星的认识，恒星在其寿命终结以后将会变为白矮星、中子星或者黑洞。这其中的黑洞是在1916年后根据广义性对论利用数学推导出来的一种天体，在那以后的15年间只是理论上的存在，科学家一直都不相信存在着真实的黑洞。然而到了20世纪30年代，事情有了转机，一位年人的工作似乎证明宇宙中也许真的存在着黑洞。这位年轻人是印度的一名学习物理学的学生，名叫苏伯拉尼亚·钱德拉塞卡。
    当时，天文学家已经发现宇宙中存在着一种非常小的高密度天体，名叫“白矮星”。这种天体依靠电子运动的支撑才没有坍缩。钱德拉塞卡想知道这种白矮星能够忍受的引力的最大极限，利用当时刚诞生不久的物理理论量子力学进行计算。他其实是在推测白矮星在“引力非常大的场合”也就是在质量非常大时会变成什么。钱德拉塞卡的结论是，“白矮星的质量如果达到太阳的1.4倍，它将变成半径为零的天体”。当时还没有“黑洞”这个名称，他预言的这种半径为零的天体其实就是黑洞。（当时还没不知道中子星的概念）
    由于当时的权威天文学家都坚决反对这个结论，钱德拉塞卡没有继续就这个问题研究下去，而是转向了其他研究方向。然而30多年后他的关于白矮星存在着一个质量极限的观点终于得到了承认。天文学家在这期间观测了许多的白矮星，其中没有一颗白矮星的质量超过太阳质量的1.4倍的。
    在钱德拉塞卡提出他的假说两年后，兹维基和苏联理论物理学家列夫·兰道又预言了主要由中子构成的“中子星”的存在。接着在1939年，美国物理学家罗伯特·奥本海默再从理论上证明中子星也有一个质量极限。他指出“中子星的质量如果是太阳的3倍，它就会发生引力坍缩不止，无限地坍缩下去”。那以后，科学家就再也没有想象出还有什么能够比中子星更能耐受强大引力的其他天体。于是，终于有一部分天文学家逐渐认识到，“质量太大的恒星在燃料耗尽后发生引力坍缩，也许会形成一个黑洞。



苏伯拉尼亚·钱德拉塞卡（1910~1995）

出生在印度的美籍物理学家。20岁时赴剑桥大学学习，在从印度开往英国的轮船上计算出了白矮星的极限质量。他的成果发表后立即遭到强烈反对，没有得到任何人的承认。据说它就此改变了研究方向。1983年他因计算出白矮星极限质量的成果荣获诺贝尔物理学奖。美国NASA发射的那颗专门观测发出X射线天体的天文卫星“钱德拉X射线太空望远镜就是根据他的名字命名的。

罗伯特·奥本海默（1904~1967）

美国物理学家。在1939年根据兹维基和兰道提出的中子星概念推导出了中子星引力坍缩过程。20世纪40年代，他作为核物理学家担任了美国研制原子弹的领导工作，从此停止了对恒星的研究。

白矮星

一种由密集的电子支撑的恒星。密度非常大，每1立方厘米的质量高达100千克到1吨。作为对比太阳的密度最大的部分每1立方米的质量也只有150千克左右。
在密集的电子之间作用着一种叫做“简并压”的排斥力，白矮星靠这种对抗引力而保持一定大小。简并压能够抗衡的引力有一个极限。按照现在的理论，白矮星的质量如果超过太阳的1.4倍，它就会发生引力坍缩而变成一颗中子星。原来的电子和质子通过“电子俘获”全都变成了中子。

白矮星靠什么支撑？

电子在强大的引力中用下紧密的挤在一起，其中一部分电子开始作激烈的震动。白矮星就是在这种电子震动所产生的排斥力来对抗向内压缩的引力。这种排斥力被称为“简并压”。电子振动越快，简并压越大。白矮星的质量如果达到太阳的1.4倍，电子的这种振动必须达到光速，所以这样的天体必定会坍缩。


中子星

主要由中子构成的天体。密度非常大，每1立方厘米的质量高达1亿~10亿吨。中子星有一个质量极限，质量超过太阳质量3倍，就会引发引力坍缩而变为黑洞。

中子星靠什么支撑？

彼此靠近靠的中子，其间作用着一种互相排斥的“核力”。中子星靠中子之间的这种斥力来对抗引力，因而能够保持一定的大小。核力所产生的对抗引力的压力有一个极限，中子星的质量超过太阳的3倍，就会发生引力坍缩而变为黑洞。

本文摘自《科学世界》2005年5月号

恒星的质量上限

质量超过一定极限就会形成黑洞!?

存在着黑洞的依据   
     按着科学家现在对恒星的认识，恒星在其寿命终结以后将会变为白矮星、中子星或者黑洞。这其中的黑洞是在1916年后根据广义性对论利用数学推导出来的一种天体，在那以后的15年间只是理论上的存在，科学家一直都不相信存在着真实的黑洞。然而到了20世纪30年代，事情有了转机，一位年人的工作似乎证明宇宙中也许真的存在着黑洞。这位年轻人是印度的一名学习物理学的学生，名叫苏伯拉尼亚·钱德拉塞卡。
    当时，天文学家已经发现宇宙中存在着一种非常小的高密度天体，名叫“白矮星”。这种天体依靠电子运动的支撑才没有坍缩。钱德拉塞卡想知道这种白矮星能够忍受的引力的最大极限，利用当时刚诞生不久的物理理论量子力学进行计算。他其实是在推测白矮星在“引力非常大的场合”也就是在质量非常大时会变成什么。钱德拉塞卡的结论是，“白矮星的质量如果达到太阳的1.4倍，它将变成半径为零的天体”。当时还没有“黑洞”这个名称，他预言的这种半径为零的天体其实就是黑洞。（当时还没不知道中子星的概念）
    由于当时的权威天文学家都坚决反对这个结论，钱德拉塞卡没有继续就这个问题研究下去，而是转向了其他研究方向。然而30多年后他的关于白矮星存在着一个质量极限的观点终于得到了承认。天文学家在这期间观测了许多的白矮星，其中没有一颗白矮星的质量超过太阳质量的1.4倍的。
    在钱德拉塞卡提出他的假说两年后，兹维基和苏联理论物理学家列夫·兰道又预言了主要由中子构成的“中子星”的存在。接着在1939年，美国物理学家罗伯特·奥本海默再从理论上证明中子星也有一个质量极限。他指出“中子星的质量如果是太阳的3倍，它就会发生引力坍缩不止，无限地坍缩下去”。那以后，科学家就再也没有想象出还有什么能够比中子星更能耐受强大引力的其他天体。于是，终于有一部分天文学家逐渐认识到，“质量太大的恒星在燃料耗尽后发生引力坍缩，也许会形成一个黑洞。



苏伯拉尼亚·钱德拉塞卡（1910~1995）

出生在印度的美籍物理学家。20岁时赴剑桥大学学习，在从印度开往英国的轮船上计算出了白矮星的极限质量。他的成果发表后立即遭到强烈反对，没有得到任何人的承认。据说它就此改变了研究方向。1983年他因计算出白矮星极限质量的成果荣获诺贝尔物理学奖。美国NASA发射的那颗专门观测发出X射线天体的天文卫星“钱德拉X射线太空望远镜就是根据他的名字命名的。

罗伯特·奥本海默（1904~1967）

美国物理学家。在1939年根据兹维基和兰道提出的中子星概念推导出了中子星引力坍缩过程。20世纪40年代，他作为核物理学家担任了美国研制原子弹的领导工作，从此停止了对恒星的研究。

白矮星

一种由密集的电子支撑的恒星。密度非常大，每1立方厘米的质量高达100千克到1吨。作为对比太阳的密度最大的部分每1立方米的质量也只有150千克左右。
在密集的电子之间作用着一种叫做“简并压”的排斥力，白矮星靠这种对抗引力而保持一定大小。简并压能够抗衡的引力有一个极限。按照现在的理论，白矮星的质量如果超过太阳的1.4倍，它就会发生引力坍缩而变成一颗中子星。原来的电子和质子通过“电子俘获”全都变成了中子。

白矮星靠什么支撑？

电子在强大的引力中用下紧密的挤在一起，其中一部分电子开始作激烈的震动。白矮星就是在这种电子震动所产生的排斥力来对抗向内压缩的引力。这种排斥力被称为“简并压”。电子振动越快，简并压越大。白矮星的质量如果达到太阳的1.4倍，电子的这种振动必须达到光速，所以这样的天体必定会坍缩。


中子星

主要由中子构成的天体。密度非常大，每1立方厘米的质量高达1亿~10亿吨。中子星有一个质量极限，质量超过太阳质量3倍，就会引发引力坍缩而变为黑洞。

中子星靠什么支撑？

彼此靠近靠的中子，其间作用着一种互相排斥的“核力”。中子星靠中子之间的这种斥力来对抗引力，因而能够保持一定的大小。核力所产生的对抗引力的压力有一个极限，中子星的质量超过太阳的3倍，就会发生引力坍缩而变为黑洞。