（龙震南文）

当我们乘坐宇宙飞船或航天飞机离开地球，在茫茫太空中进行星际旅行时，看到遥远地方出现一束X射线或是物质喷流，或是引力透镜现象时，那就要注意了！这很有可能遇到的是一个“黑洞。”对于“黑洞”一词的理解，在不同人群当中会有各不相同。也许有很多人会认为这太简单了，不就是一个黑不溜秋的山洞或者溶洞而已，地球上到处都是，有什么大惊小怪的？还要去研究它干嘛？其实“NO！”当然，不同人群对于同一事物的认识和看法，会有别样的差异和不同的理解，这是再正常不过的了。但在了解黑洞的人群中，对此事物的认识和看法，就不一样了。

那么，何为黑洞呢？顾名思义，我在这里讲的就是太空中的黑洞，用天文术语来讲，就是宇宙中的黑洞，它是大质量恒星死亡的产物。那为什么要讲它呢？因为黑洞对我们生活的宇宙，所产生的影响实在太大了，何以见得？呵呵，下面，就让我一一道来……

说起黑洞，那可是了不得的。它是一种体积极小、质量极大、引力极强的致密天体，形状就像漏斗似的黑洞。如果周围有物质，都会被它吞噬掉，就连光也不例外。那么，黑洞是怎样形成的呢？这要追溯到多年前，从一位世界级的科学巨匠———牛顿说起……

牛顿在青年时期就在脑海里酝酿了万有引力学说，45岁发表了一部影响后世的科学巨著——《自然哲学的数学原理》一书，其中心思想是“运动三大定律”和“万有引力定律。”什么是万有引力呢？例如，苹果从树上落下来，人能站立在地面上，月亮绕地球转动，地球绕太阳转动等等，都受引力的作用。也就是说，引力是无处不在的。不久，根据万有引力定律，哈雷测算出一颗彗星的运行轨道，并预测出每76年绕日一周，结果完全准确无误，后人将那颗彗星命名为“哈雷彗星。”后来，人们利用万有引力来解释潮汐现象。从此，万有引力受到人们推崇和肯定。

随着万有引力定律的确立，有很多天文现象和宇宙本质为人类可知。后来，人们根据万有引力定律推算和预言了黑洞的存在，但预言黑洞和发现黑洞的时间间隔，可要长达几百年之久。

早在多年前，首先由法国天体物理学家拉普拉斯和英国剑桥大学学监米歇尔几乎同时预言暗星。拉普拉斯在他的书中写道：“天空中存在着黑暗的天体，像恒星那样大，或许像恒星那样多。一个具有与地球同样密度，而直径约为太阳倍的明亮星体，它发射的光将被它自身的引力拉住，而不能被我们接收。正是由于这个道理，宇宙中最明亮的天体很可能却是看不见的。”拉普拉斯根据物体对星球的逃逸速度公式：

，V——逃逸星球的速度，G——星球的引力常数，R——星球的半径，算出黑洞的存在。

接着又过了多年，广义相对论问世后，一个德国物理学家卡尔·史瓦西利用广义相对论推算出任何有质量的物质，都存在一个临界半径，在物理学和天文学中，尤其在万有引力理论、广义相对论中它是一个非常重要的概念。年，他首次发现了史瓦西半径的存在，并且利用这个公式：

，r——星球半径，G——星球引力，M——星球质量，C2——光速的平方，它是从物体逃逸速度的公式衍生而来。该值的含义是，如果特定质量的物质被压缩到该半径值之内，将没有任何已知类型的力可以阻止该物质自身重力将自己压缩成一个奇点。并将物体的逃逸速度设为光速，配合万有引力常数及天体质量，便能得出其史瓦西半径。这个半径是球状对称、不自转物体重力场的精确解，一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。拉普拉斯从牛顿力学中推出黑洞的存在，史瓦西从广义相对论中推出黑洞的存在，二者殊途同归，不谋而合。看来，从理论上是无疑的了。

接着，又有人反问了，不是说黑洞连光出不来，又怎么证明它的存在？又有一个科学家作了一个很形象的比喻，舞台上有一对舞者，男舞伴穿上一件黑色礼服，女舞伴穿上一件雪白的礼服，两人一起跳舞，你让灯光渐渐暗下去，结果男舞伴看不见了，只看见女舞伴，因为白色反光强嘛。你可以根据女舞伴的舞姿和动作，就能判定她旁边肯定有个舞伴。单人舞和双人舞的动作是不一样的。

黑洞，它是大质量恒星死亡的产物。为什么呢？我们知道任何事物的存在，都有时间、空间和生命局限的，不可能永存于世，更不可能一成不变。例如，一个人从胚胎、出生、成长、衰老到死亡的过程一样，总有叶落归根的一天。恒星也一样，生于星云，死于星云。它一生经历了星胚、主序星、红巨星到致密星四个阶段，而致密星又可分为白矮星、中子星和黑洞。万事万物都有它的自然规律，恒星亦然如此。什么样的恒星坍缩后，能形成白矮星、中子星和黑洞？这个取决质量了。质量大的恒星，坍缩后才有可能形成中子星、黑洞。像太阳这样的恒星，寿命大约是亿年，待它内部的氢元素消耗殆尽时，膨胀压撤销了，引力压超常，就会向内坍缩，在高温高压下，砸成一个体积极小、质量极大、密度极高的致密星核，天然产物是白矮星。

这里有组数据3和8，我们简称为“3、8，”什么意思？当原星质量小于3M⊙（太阳质量）的恒星，坍缩后形成白矮星；如果原星质量在3——8M⊙之间，坍缩后形成中子星；如果大于8M⊙以上，坍缩后形成黑洞。当然，这种说法应该不够准确。为什么？如果白矮星的周围有足够数量的伴星，以自身超强的引力，会吸收和吞噬伴星的物质，致使自身质量增大，当其质量大到一定极限时，泡利斥力顶不住了，它进一步坍缩，结局是中子星。这是印度的天体物理学家钱德拉塞卡提出来的。年，20岁的钱德拉塞卡去英国留学的轮船上，在计算白矮星质量时，惊奇地发现，白矮星有个质量上限，不能超过1.44M⊙（太阳质量），这个极限被称为“钱德拉塞卡极限。”在上世纪60年代，中子星被人发现，钱德拉塞卡极限得到了证实，并在年荣获诺贝尔物理学奖。

后来，美国原子弹之父——奥本海默也根据广义相对论的方程，在计算中子星时，惊奇地发现中子星也有个质量上限，中子星是靠中子简并压来支撑其结构，如果它周围有足够的物质，当它吸收伴星的物质时，不能超过3.5M⊙（太阳质量），一旦超过这个上限，就没有任何支撑力了，它会无限坍缩成体积更小、密度更大、质量更高的星核，就连光线也逃不出去了，变成一个暗星（黑洞）。因此，这个极限被称为“奥本海默极限。”若太阳坍缩成黑洞，它的史瓦西半径约为3公里；地球坍缩成黑洞，它的史瓦西半径只有3毫米。黑洞的质量为每立方厘米亿吨，也就相当于指甲大小，如此高的质量和密度，可见，那是不可思议的事。辨明黑洞身份的方法有以下三种：一是通过引力透镜现象；二是通过观察宇宙中的物质喷流；三是观察是否有X射线。下列图片是关于致密星的数据，可见，黑洞的质量有多大。

黑洞，宇宙中的怪兽，它以超强的质量和引力，导致周围的空间发生了弯曲。黑洞内部大部分是真空，当物质接近黑洞，会被强大引力吸进去、吞噬掉。一个球对称的黑洞叫做“史瓦西黑洞，”不随时间变化的，它的表面叫作“视界，”中心在r=0，有一个奇点。黑洞里边和外边时空是有区别的，它里边的时空坐标互换了，它的半径r变成了时间，而时间t变成了空间，所以，它的时间轴是往里的，奇点是时间结束的地方。当黑洞在吸收伴星的物质时，会发生剧烈碰撞，形成一个吸积盘。物质围绕其旋转，转着转着往里掉，就连光也不例外。一旦进入黑洞，潮汐力将其撕碎，就直奔奇点，只有奇点无穷大。

这是迄今为止，人类首次发现唯一一个清晰的黑洞照片。它位于室女座M87星系中心，距离地球万光年，其质量是太阳的65亿倍。这一发现，让爱因斯坦《广义相对论》得到了证实。在浩瀚宇宙中，黑洞普遍存在，每个星系中心都有一个巨大黑洞，它成为凝聚星系的唯一源头。如果没有黑洞，就形不成星系，就连我们所在的银河系也不例外。据观测表明，在银河系中心（距离地球2.6万光年）人马座A*有一个巨型黑洞，质量约为太阳的万倍，这个怪兽每小时能吞噬４——６个地球质量的物质。

黑洞，有恒星级的，也有星系级的。恒星级的较小，星系级的较大。当然，也有微型黑洞。而微黑洞是由英国天体物理学家斯蒂芬·霍金提出的。当它吞噬物质时，会释放一小部分能量。霍金认为，黑洞具有一定的温度，会以类似于热辐射的方式稳定地向外发射各种粒子，这就是所谓的“自发蒸发”,也叫“霍金蒸发”。黑洞的蒸发速度与黑洞的质量有关，质量越大的黑洞，温度越低，蒸发得越慢；反之，质量越小的黑洞，温度越高，蒸发得越快。譬如，质量与太阳相当的一个黑洞，约需10年才能够完全蒸发完，而一些原生小黑洞，却能在10秒之内蒸发得一干二净。微型黑洞，蒸发的比吞噬的还要多，自身就能引发爆炸。黑洞越大越自私，只吃不吐，越小越慷慨，吐的比吃的还多，最终就把自己给消灭掉了。

如果有两个以上的黑洞相互接近、缠绕时，会发出极为壮观的引力波，这也印证了爱因斯坦在《广义相对论》中描述的一样。可见，这位伟大的科学巨人，具有超前的科学意识。如果两个星系的碰撞或合并，其实就是两个黑洞的碰撞、合并。而星系碰撞、合并，就会诞生一大批恒星，同时意味着可能会诞生一大批类地行星，也可能会出现一大批与人类类似的地外文明。

也许有人会问，既然有黑洞了，会不会有白洞？在迷底还没揭开之前，有此疑问，是再正常不过的了。正如我国古人所说的那样：有黑就有白；有正就有反。当然，有正物质也有反物质，有黑洞，又怎么可能没有白洞？

白洞，是根据《广义相对论》中所预言的一种性质正好与黑洞相反的特殊天体。

自上世纪60年代以来,由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用，人们陆陆续续发现了许多高能天体物理现象，例如宇宙X射线爆发、宇宙γ射线爆发、超新星爆发、星系核的活动和爆发以及类星体、脉冲星，等等。所以，科学家们对类星体的现象，怎么用科学原理解释？据此，物理学家和天文学家们提出很多理论模型。其中，前苏联宇宙学家诺维科夫提出白洞存在的可能性，以色列的尼也曼提出的白洞模型，引起了大家的注意。白洞概念就这样横空出世了。

按照白洞理论，白洞和黑洞相似，也有一个封闭的边界。聚集在白洞内的物质，只可以经边界向外运动，而不能反向运动，如果光线来了，便沿着边界反射出去，因此这种天体外面的物质不能进入。

白洞是宇宙中的喷射源，它不断向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射，所以白洞是一个只发射、不吸收的特殊宇宙天体，与黑洞正好相反。白洞是一个强引力源，其外部引力性质均与黑洞相同，白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。当然，白洞也有个奇点，正好与黑洞相反，这个奇点是时间开始的地方。

根据白洞理论，有人认为类星体的核心可能是一个白洞。当白洞内超密态物质向外喷射时，就会同它周围的物质发生猛烈的碰撞，从而释放出巨大能量。由此推断，有些X射线、宇宙线、射电爆发、射电双源等现象，可能会与白洞的这种效应有关。白洞的力是排斥力与黑洞的吸引力相反的力。

对于白洞的起源，一种看法认为，白洞内的超密物质由引力塌缩形成黑洞时获得，它们经过某种内部的矛盾运动，转变成膨胀状态，而又从中心奇点向外抛射出来;比较流行的看法认为，白洞来源于整个宇宙的大爆炸；也有一种看法认为，它是星际物质与宇宙能量的供应者，正是有了白洞，我们所在的宇宙才能继续下去，提供源源不断的能量和物质，以维持其结构和生存。而黑洞与白洞的相互转化是宇宙演化最根本、最重要的动力根源。它们两者的存在和转化，是吸引和排斥这一个古老的两极对立的生动体现，是万物变化最深层次的总根源。

目前，关于白洞的相关资料少之又少，还没有具体的观测证据，证明它的存在，只是从理论上推导，并无查实。

讲完黑洞和白洞，现在，我要给大家讲讲虫洞了。什么是虫洞？何为虫洞？它有何特征？对我们有何影响？等等问题。下面，我一一道来……

虫洞，是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄通道。（即黑洞与白洞接口处）它可能是二者之间的联通结构。很早之前，物理学家和天文学家们就对此进行了研究，但由于当时的条件极其有限，没能取得进展。

到了年，奥地利物理学家路德维希·弗莱姆提出了虫洞概念。年，爱因斯坦和纳森·罗森在研究引力场方程时假设，它是连接平行宇宙的通道。人们可以通过虫洞，瞬时做空间转移或者做时间旅行。因此，人们将虫洞称做“爱因斯坦---罗森桥。”

虫洞的概念最初产生于对史瓦西解的研究中。物理学家在分析白洞——黑洞的相反物理量子解的时候，通过一个阿尔伯特·爱因斯坦的思想实验，发现宇宙时空自身可以不是平坦的。如果恒星形成了黑洞，那么时空在史瓦西半径，也就是视界的地方与原来的时空垂直。在不平坦的宇宙时空中，这种结构就意味着黑洞视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合，然后在那里产生一个洞。这个洞可以是黑洞，也可以是白洞。而这个弯曲的视界，就叫做史瓦西喉，它就是一种特定的虫洞。但遗憾的是，迄今为止，科学家们还没有观察到虫洞存在的证据。

举例来说，如果将一张纸看作是一个平直空间，让一只蚂蚁从一端爬往另一端，它所需的时间和行程，要长一些。若是将的两端折叠起来，开两个小孔，将一根短管连接起来。这样，两端距离缩短了，蚂蚁可以通过管子能瞬间到达另一端。

如果虫洞真的存在，那么，人们可以通过虫洞进行星际旅行和时空旅行，可以通过虫洞前往另一个宇宙。虫洞是连接不同宇宙的“管道”，或连接同一宇宙不同部分的“手柄”。虫洞的概念使得单连通的时空变成多连通的时空。虫洞有两种：一种是可通过的虫洞；另一种是不可通过的虫洞。可通过的虫洞有洛伦兹虫洞和欧几里得虫洞。

洛伦兹虫洞可存在一段时间，管道是真实存在的，当洛伦兹虫洞出现时，天空中会出现一个球，这个球就是洞口，是通往其他宇宙，或是我们所在的宇宙中的另外一个地方，或是通往过去和未来。

年，天文学家萨根写了一本小说叫《接触》，讲述人类通过时空隧道到织女星旅行，首次提出可以穿越的虫洞。他起初用黑洞作为时空隧道，他的朋友索恩（惠勒的学生）认为不可行，建议他改用虫洞。此后，大量小说、电影描述通过时空隧道（洛伦兹虫洞、欧几里得虫洞）或制造“时间机器”，前往未来、回到过去，飞向远方。

真正关于虫洞的科学研究是从年开始的。索恩和毛瑞斯等人在美国物理学杂志上发表一篇名为《时空中的虫洞及其在星际旅行中的用途》一文，引起霍金等科学家的高度