吞噬一切的无底洞

生活在宇宙航行时代的人们，对于“第一宇宙速度”、“第二宇宙速度”这些名称是不陌生的。前者是指卫星能绕着地球转所必需的最小速度，这个速度为每秒7.9千米；后者又称“逃逸速度”，它是指地面上的火箭要飞出地球的引力控制而至少要达到的速度，这个速度为每秒11.2千米。如果地球的引力变大了，那么，逃逸速度也相应增大。地球引力增大，实际上是指地球的密度增加。当地球密度增加到相当于现在地球的总质量集中在普通鱼肉丸子那样大小的超密小球中的话，逃逸速度就将达到光速——每秒30万千米。这时，不要说火箭飞不出去，就连自然界中具有最高速度的光也逃不出这个“超密地球”的手掌。这样，地球上发出的任何信号（声波、无线电波、光波）都发送不出去了，它们都被空前强大的引力所牢牢吸住了。因为没有任何信息可以传出去，从宇宙太空来看，我们的地球变成了漆黑一团的东西，好像天幕上的一个黑色的洞。

这样一个黑幽幽的洞，物理学上叫“黑洞”，是一个无底洞，因为它会把一切掉进去的物质和辐射（例如光和无线电波）都吞下去并“消化”掉，再也不会让它们跑出来。为什么黑洞具有吞噬一切的强大威力？这起因于它具有超乎寻常的极大的物质密度。

我们在《太阳自传》里说过，像太阳这样的恒星，它们的“后半生”分三种情况走向死亡。

第一种是质量不到太阳质量的1.44倍左右的晚期恒星，当它们的核燃料烧完时，将引起一场“引力坍缩”。在自身强大的引力压缩之下，原子被挤碎了。我们知道，原子里是十分空旷的，如果把原子的体积放大到一座24层楼的大厦那般大，那么，原子核只有一粒绿豆那么点大。因此，原子如果被挤碎的话，物质就变成堆积在一起的赤裸裸的原子核，再加上那些被剥离的电子，彼此被挤压成一堆。物质原先所占据的体积被大大压缩，因而密度大为增加，可达到107克/厘米3以上。挤压成一堆的电子由于彼此靠得太紧，根据量子力学原理它们会产生一种强大的“电子简并压”，与星体的引力相抗衡，最终达到一种平衡状态。这时，原来坍缩的恒星变成了一种新的天体——白矮星。

如果一颗衰老的恒星，它的质量较大，超过太阳质量的1.44倍，但不到太阳质量的2倍，那么，它衰变成白矮星之后的状态并不稳定。白矮星的主要成分是铁，当引力进一步增强后，铁原子核便会同电子结合而成为含中子较多的核。由于电子在同铁原子核结合的过程中大量减少，承担白矮星抵抗自身引力的支柱力量的电子简并压消失了。在几分之一秒钟内，星核失去了支撑，处于自由下落的坍缩状态，其中的物质变成了含很多中子的原子核或自由中子。急剧的收缩使核心密度急剧上升，这时紧挤在一起的中子之间产生了“中子简并压”，使星体的坍缩在它的支撑之下猛然停止，于是，一种新型的天体——中子星就形成了。中子星的直径只有几十千米，质量却比太阳还要大一些。这样的天体，密度比白矮星还要高出10亿倍以上。这是恒星“死亡”的第二种情况。

对科学家们来说，揭开大自然之谜是一种永无止境的探索。中子星发现之后，马上又有人提出中子简并压是否就能顶住最强大的引力作用呢？白矮星、中子星是否就是一切恒星走向死亡时的最后归宿呢？经过许多科学家的研究发现，如果衰老恒星的质量是太阳质量的2倍以上，那么，中子简并压也无法抵挡它自身的巨大引力，于是，星体将进一步坍缩下去，而走向最后的墓穴——黑洞。这就是第三种情况。

好端端的一颗恒星是怎么会变“黑”的呢？根据广义相对论的预言，光在经过强引力场附近时，它原先所走的直线会变得弯曲，其弯曲程度与引力的强弱直接有关。当质量超过2倍太阳质量的大质量恒星发生引力坍缩时，电子简并压和中子简并压都抵挡不住这样的坍缩。由于恒星表面的引力随坍缩而不断增强，从表面发出的光就会从直线传播变为沿弯曲的轨迹运动。随着坍缩的继续进行，星光轨迹的弯曲越来越厉害，渐渐地，星光只能沿它的切线方向射出，最后则被拉回到星体上来。由于光子在摆脱引力束缚的过程中，能量损失越来越多，所以看起来会越来越红，进而变成暗红，最后就变黑了。所以，在外界的人们实际上将看到，这颗星逐渐由明亮变红，再逐渐由红变成暗红，最后变黑，消失在茫茫太空之中。其实，这颗恒星还是以一种超高密度的黑洞形式存在，但我们却无法探测到它的存在，因为从它那里没有任何信息传出来。黑洞，黑洞，其实并不是一个空无一物的“洞”，而是一颗看不见的“黑星”。