大家知道,霍金在3月14日去世了,这个日子正是爱因斯坦诞辰的日子 。霍金研究了一生的黑洞到底是什么?
黑洞的提出:谈到黑洞,首先必须说爱因斯坦 。

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爱因斯坦的主要贡献是光电效应、狭义相对论和广义相对论 。爱因斯坦在广义相对论是我们研究宇宙的有力工具 , 在这个理论里面爱因斯坦提出了引力场方程:

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根据这个方程,德国天文学家史瓦西通过计算,得到了引力场方程的一个解 。

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他发现:这个解很奇异,有很多奇妙的性质 。他就把这个解叫做黑洞,并指出宇宙中可能存在这种比较奇怪的天体 。
宇宙中究竟有没有黑洞呢?人们开始了一个世纪的寻找,直到今天人们依然把黑洞的存在定性为“可能” 。
那么霍金又做了什么呢?

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霍金对这个解又进行了一些尝试 , 在爱因斯坦广义相对论基础之上又引入了量子场论,并通过量子场论的分析,对黑洞的性质又进行了更加详细的描述 。比如霍金提出了奇点理论、黑洞蒸发理论、证明了黑洞面积定理等等 。霍金的数学功底非常强,他的理论都是通过完美的数学表达式得到的结果 。但到目前为止,以上的理论还只是推测 。黑洞是否真的存在,人们还处于怀疑阶段 。霍金也因此没有获得诺贝尔奖 。
进入黑洞的任何物体都无法逃逸首先,黑洞质量非常大 , 以至于连跑的最快的物体--光都无法逃逸 。为了理解“逃逸”这个概念,我们从比较经典的例子出发,讨论一下宇宙速度 。

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牛顿曾经说:一个炮弹在地面发射,如果速度比较慢,就会落回到地面 。如果速度达到一定值 , 就不会落地,而是环绕地球运动 。这个速度称为第一宇宙速度,它的大小是7.9千米/秒 。如果这个速度继续增大到11.2千米/秒,物体就再也不会回到地球,而是逃逸到无穷远处,这个速度也就被称之为逃逸速度 。
在经典物理里 , 逃逸速度与星球质量和半径有关:

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其中G是万有引力常数,M是星球的质量 , R是星球的半径 。
我们会发现,如果星球的质量M越来越大,而星球的半径R越来越?。?逃逸速度V就会增大 。如果这个速度增大到光速c,那么任何物体都无法逃脱星球的引力了 。
于是,我们利用公式

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得到

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这个就被称之为史瓦西半径 。也就是说,如果一个星球半径小于史瓦西半径,就连光也逃不出去 。
大家注意:以上过程是一个类比过程,这个方程最终是从广义相对论得到的 。虽然看起来史瓦西半径公式和逃逸速度公式一样,但他们的含义是不同的 。
如果我们把地球质量

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代入,就会得到地球的史瓦西半径R=0.01m 。也就是说当地球变成乒乓球大小时,地球就变成黑洞了 。
掉入黑洞会怎么样黑洞最引人入胜的地方是它会造成强烈的时空弯曲 。时空弯曲的概念不太好理解,我们从一个简单的例子来说明:
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