黑洞（Black Hole）

黑洞（Black Hole）
國立基隆女中地球科學科張仁壽老師 /國立台灣師範大學地球科學系陳林文教授責任編輯

落到黑洞中已成為科學幻想中的恐怖一幕。但黑洞在事實上已是科學的現實，而非科學的幻想。我們已有很強的理由預言黑洞必然存在。而觀測上也有證據強烈地顯示，在銀河系中存在著黑洞，在其他星系中則可能更多。

假設在地球表面上向上發射一顆砲彈。在它上升的過程中，其速度會因地球重力效應而減慢。這個速度可決定砲彈最終會停止上升並落回來，或是繼續向外運動。其中的臨界速度稱為脫離速度。地球表面的脫離速度大約為每秒7英里，太陽的脫離速度大約為每秒100英里。這兩個速度都比實際砲彈的速度大，但是它們比起每秒186000英里的光速來就太小了。這說明這些天體的引力對光的影響甚微，光可以毫無困難地從地球或太陽表面逃逸。可是也許有這樣的一顆恒星，它的質量大夠而尺度夠小，使得其表面的脫離速度比光速還大。因為從該恒星表面發出的光會被恒星的引力場拉曳回去，所以它不能到達我們這裏，因此我們不能看到這顆恒星。然而，我們可以根據這顆恒星的引力場作用到附近物體上的效應檢測到它的存在。

根據廣義相對論，空間和時間一起形成稱作時空的四維空間。這個空間不是平坦的，它會受到當中物質和能量影響而彎曲。這種影響，在從遠方傳來的光線或者無線電波經過太陽附近時所受到的彎折中便可觀測到，但這種效應非常微小。然而，如果太陽收縮到只有幾英里的尺度，這種彎折就可使從太陽表面發出的光線都不能逃逸出來，而被太陽的引力場拉曳回去。根據相對論，沒有東西可以比光旅行得更快，這樣在距黑洞中心的附近便存在一個任何東西都不能逃逸的區域，它的邊界稱為事件視界。

像太陽一樣的恆星其內部核心正在把氫燃燒成氦，在這個過程中所釋放出的熱量提供了抵抗恆星自身引力吸引的壓力。然而，太陽最終會耗盡它的燃料，而邁向生命的末期。但這也要再過大約五十億年以後才會發生的事，所以不必急著想辦法飛到其他的星球去。比太陽更大質量的恒星則會更迅速地耗盡燃料。

恆星在燃料用盡後就開始失去熱量並且收縮。利用量子物理可計算出失去熱氣體壓力的恆星，其緻密的核心還是可以透過電子或中子的量子效應來阻止自身的塌陷，而形成白矮星或中子星。。但當演化到末期的恆星還具有3倍以上的太陽質量時，則會塌陷成 黑洞。