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第13章 黑洞1（第1页）

黑洞这一术语是不久以前才出现的。

1969年美国科学家约翰·惠勒，为了形象地描述至少可回溯到200年前的一个观念时，杜撰了这个名词。

那时候，共有两种光理论：一种是牛顿赞成的光的微粒说；另一种是光由波构成的波动说。

我们现在知道，这两者在实际上都是正确的。

由于量子力学的波粒二象性，光既可认为是波，也可认为是粒子。

在光的波动说中，不清楚光对引力如何响应。

但是如果光是由粒子组成的，人们可以预料，它们正如同炮弹、火箭和行星一样受引力的影响。

人们起先以为，光粒子无限快地运动，所以引力不可能使之缓慢下来，但是罗默关于光以有限速度行进的发现意味着，引力对之可有重要效应。

1783年，剑桥的学监约翰·米歇尔在这个假定的基础上，于《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章。

他指出，一个质量足够大并足够致密的恒星会有如此强大的引力场，甚至连光线都不能逃逸：任何从恒星表面发出的光，在还没到达远处前就会被恒星的引力吸引回来。

米歇尔暗示，可能存在大量这样的恒星，虽然由于从它们那里发出的光不会到达我们这里，我们不能看到它们；但是我们仍然可以感到它们引力的吸引。

这正是我们现在称为黑洞的物体。

它是名副其实的——在空间中的黑的空洞。

几年之后，法国科学家拉普拉斯侯爵显然独自地提出了和米歇尔类似的观念。

非常有趣的是，拉普拉斯只将此观点纳入他的《世界系统》一书的第一版和第二版中，而在以后的版本中将其删去；也许他认为这是一个愚蠢的观念。

（还有，光的微粒说在19世纪变得不时髦了；似乎一切都可以以波动理论来解释，而按照波动理论，不清楚光究竟是否受到引力的影响。

）事实上，因为光速是固定的，所以在牛顿引力论中将光类似炮弹那样处理不很协调。

（从地面发射上天的炮弹被引力减速，最后停止上升并折回地面；然而，一个光子必须以不变的速度继续向上，那么，牛顿引力如何影响光呢？）直到1915年爱因斯坦提出广义相对论，才得到引力如何影响光的协调理论。

甚至又过了很长时间，人们才理解这个理论对大质量恒星的含意。

为了理解黑洞是如何形成的，我们首先需要理解恒星的生命周期。

起初，大量的气体（绝大部分为氢）受自身的引力吸引，而开始向自身坍缩而形成恒星。

当它收缩时，气体原子越来越频繁地以越来越大的速度相互碰撞——气体的温度上升。

最后，气体变得如此之热，以至于当氢原子碰撞时，它们不再弹开而是聚合形成氦。

如同一个受控氢弹爆炸，反应中释放出来的热使得恒星发光。

这附加的热又使气体的压力升高，直到它足以平衡引力的吸引，这时气体停止收缩。

这有一点像气球——内部气压试图使气球膨胀，橡皮的张力试图使气球收缩，它们之间存在一个平衡。

从核反应发出的热和引力吸引的平衡，使恒星在很长时间内维持这种平衡。

然而，恒星最终会耗尽它的氢和其他核燃料。

貌似大谬，其实不然的是，恒星初始的燃料越多，它则被越快燃尽。

这是因为恒星的质量越大，它就必须越热才足以抵抗引力。

而它越热，它的燃料就被耗得越快。

我们的太阳大概足够再燃烧50多亿年，但是质量更大的恒星可以在1亿年这么短的时间内耗尽其燃料，这个时间尺度比宇宙的年龄短得多了。