一、關(guān)于黑洞的知識(shí)。

在恒星燃燒殆盡逐漸冷卻以后，它會(huì)在自身引力作用下發(fā)生收縮，形成某種新的高密度的天體

像太陽(yáng)這個(gè)等級(jí)的恒星，由于質(zhì)量不太大，收縮到一定程度就會(huì)停止，形成白矮星。比太陽(yáng)更大一點(diǎn)的恒星，會(huì)繼續(xù)收縮，直到所有核外電子都被壓進(jìn)原子核，與質(zhì)子結(jié)合，全部變成中子。這時(shí)恒星會(huì)變成一顆全部由中子組成的天體，因?yàn)楸环Q(chēng)為中子星。

如果恒星的質(zhì)量再大些，由于引力太大了，變成中子星以后仍然不能停止收縮，那么它就會(huì)一直坍縮為黑洞，這就意味著靠近它的任何東西都再也不能逃離它，包括光

為什么會(huì)出現(xiàn)黑洞呢。因?yàn)槲覀冎溃魏翁祗w附近的物體，要逃離這個(gè)物體，條件必須是它的速度能夠?qū)固祗w給它的引力，這個(gè)最小的速度叫逃逸速度。逃逸速度與物體受到的引力有關(guān)。一般而言，一個(gè)天體的質(zhì)量是一定的，在距離它的引力中心——也就是這個(gè)星球的中心越近的地方，物體所受到的引力最大，所需的逃逸速度也就越大。如果一個(gè)天體質(zhì)量足夠大，而它的半徑又足夠小，那么就可能導(dǎo)致它表面的逃逸速度達(dá)到甚至超過(guò)光速。我們知道光是宇宙中走得越快的東西，如果逃離一個(gè)天體所需的逃逸速度大于光速，那么就意味著宇宙中沒(méi)有任何物體能夠從這個(gè)天體附近逃離。

而黑洞就是這樣的一個(gè)天體。黑洞的表面稱(chēng)為“視界”，但這個(gè)“視界”并不是形成黑洞的那個(gè)天體真正的表面，那個(gè)天體的表面早就已經(jīng)越過(guò)了“視界”，收縮到“視界”里面去了。實(shí)際上，這個(gè)“視界”就是物體逃離黑洞所需的逃逸速度等于光速的那個(gè)點(diǎn)，也就是說(shuō)，一旦進(jìn)入“視界”，就連光子也逃不出來(lái)的。正因?yàn)楣庾犹硬怀鰜?lái)所以黑洞看上去是完全“黑暗”的，這正是它被稱(chēng)為“黑洞”的原因，而“視界”的名字也來(lái)源于此——它是看得見(jiàn)的世界的界限，物體一旦越過(guò)它，就再不會(huì)被看見(jiàn)了

二、黑洞是怎樣的

從物理學(xué)中解釋?zhuān)诙雌鋵?shí)也是個(gè)星球,只不過(guò)它的密度極大, 靠近它的物體都被它的引力所約束(就好像人在地球上沒(méi)有飛走一樣)。對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，以第二宇宙速度來(lái)飛行就可以逃離地球，但是對(duì)于黑洞來(lái)說(shuō)，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了光速，光速已經(jīng)是極限速度了。所以連光都跑不出來(lái)，于是射進(jìn)去的光沒(méi)有反射回來(lái)，我們的眼睛就看不到任何東西，只是黑色一片。

黑洞廣義相對(duì)論預(yù)言的一種特別致密的暗天體[1]。大質(zhì)量恒星在其演化末期發(fā)生塌縮，其物質(zhì)特別致密，它有一個(gè)稱(chēng)為“視界”的封閉邊界，黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng),因引力場(chǎng)特別強(qiáng)以至于包括光子在內(nèi)的任何物質(zhì)只能進(jìn)去而無(wú)法逃脫。形成黑洞的星核質(zhì)量下限約3倍太陽(yáng)質(zhì)量，當(dāng)然，這是最后的星核質(zhì)量，而不是恒星在主序時(shí)期的質(zhì)量。除了這種恒星級(jí)黑洞，也有其他來(lái)源的黑洞——所謂微型黑洞可能形成于宇宙早期，而所謂超大質(zhì)量黑洞可能存在于星系中央。（參考：《宇宙新視野》）

黑洞不讓任何其邊界以?xún)?nèi)的任何事物被外界看見(jiàn)，這就是這種物體被稱(chēng)為“黑洞”的緣故。我們無(wú)法通過(guò)光的反射來(lái)觀(guān)察它，只能通過(guò)受其影響的周?chē)矬w來(lái)間接了解黑洞。雖然這么說(shuō)，但黑洞還是有它的邊界，即＂事件視界（視界）＂．據(jù)猜測(cè)，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特殊的大質(zhì)量超巨星坍縮時(shí)產(chǎn)生的。另外，黑洞必須是一顆質(zhì)量大于錢(qián)德拉塞卡極限的恒星演化到末期而形成的，質(zhì)量小于錢(qián)德拉塞卡極限的恒星是無(wú)法形成黑洞的。《時(shí)間簡(jiǎn)史》

三、黑洞內(nèi)部的物質(zhì)以怎樣的形式存在

在現(xiàn)代物理學(xué)中，人們做了許多實(shí)驗(yàn)，以極高的精確度證明，物體的慣性質(zhì)量總是和它的引力質(zhì)量成正比，在選用適當(dāng)?shù)膯挝坏那闆r下，可使慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量在量值上完全相等，所以我們通常對(duì)物體的這兩種質(zhì)量不再加以區(qū)別。在愛(ài)因斯坦建立的廣義相對(duì)論中，也認(rèn)為慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是等同的（1）。本文根據(jù)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中，物體的慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量是等同的，研究了物體進(jìn)入黑洞視界后的運(yùn)動(dòng)及物質(zhì)的存在形式。

假設(shè)有一個(gè)黑洞，其引力質(zhì)量為M，在與這個(gè)黑洞距離為R。的位置上，有一個(gè)引力質(zhì)量為m。的物體A，設(shè)黑洞的引力質(zhì)量M為太陽(yáng)引力質(zhì)量的100億倍，已知太陽(yáng)的引力質(zhì)量（1）為mt=1.99*10^30千克，引力常數(shù)（1）G=6.67*10^(-11)（米3/秒2.千克），真空中光速C=3*10^8米/秒，R。=1.5*10^11米，則：GM=6.67*10^(-11)*1.99*10^40=1.334*10^30

假設(shè)物體A在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體A的慣性質(zhì)量mg和它的引力質(zhì)量my都隨物體A運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大，慣性質(zhì)量mg總是和它的引力質(zhì)量my相等，由于在黑洞這樣的強(qiáng)引力場(chǎng)環(huán)境下，物體A所受到的黑洞的引力要采用愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的引力場(chǎng)方程進(jìn)行計(jì)算，我們假設(shè)黑洞是一個(gè)球?qū)ΨQ(chēng)分布的天體，它產(chǎn)生球?qū)ΨQ(chēng)分布的引力場(chǎng) ，并且只考慮物體A沿徑向的運(yùn)動(dòng)，這樣我們可以得到愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論引力場(chǎng)方程的史瓦西外部解的時(shí)空線(xiàn)元為：

s’’=[c^2*(R0-s)-2*G*M]^2/(2*G*M*(R0-s))

這里s代表物體A在t時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)距離,s’’代表s的二階導(dǎo)數(shù)。

所以：

S’’=[9*10^16*(R0-s)-2*1.334*10^30]^2/(2*1.334*10^30*(R0-s))

S’’=[9*10^16*(R0-s)-2.668*10^30]^2/(2.668*10^30*(R0-s)) (1)

根據(jù)（1）式，我們可以得到下面的matlab數(shù)字仿真模型：

模型文件hd2.mdl中的模型

得到的仿真圖形如下：

模型文件hd2.mdl產(chǎn)生的仿真圖形

在上面的圖形中，上圖為物體A與黑洞的距離曲線(xiàn)，下圖為物體A運(yùn)動(dòng)的速度曲線(xiàn)。從上面的圖形中可以看出，當(dāng)物體A即將與黑洞相撞時(shí)，物體A的運(yùn)動(dòng)速度最終達(dá)到1.273*10^16米/秒，是光速的4.243*10^7倍。

從上面的討論中我們可以看出，當(dāng)物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果我們認(rèn)為它的慣性質(zhì)量mg和它的引力質(zhì)量my都隨物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大，慣性質(zhì)量mg總是和它的引力質(zhì)量my相等，則物體在巨大的引力作用下，其運(yùn)動(dòng)速度將會(huì)超過(guò)光速。

采用前面matlab數(shù)字仿真模型，通過(guò)對(duì)質(zhì)量為100倍太陽(yáng)質(zhì)量到100億倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞的仿真計(jì)算（相應(yīng)的仿真時(shí)間設(shè)置為558700到100）得知，當(dāng)物體在黑洞引力作用下向黑洞運(yùn)動(dòng)時(shí)，不管黑洞的質(zhì)量大小如何，當(dāng)物體進(jìn)入黑洞的視界后，就會(huì)出現(xiàn)上面討論的情形。即如果假設(shè)物體的慣性質(zhì)量mg總是和它的引力質(zhì)量my相等，當(dāng)物體進(jìn)入黑洞的視界后，其運(yùn)動(dòng)速度將會(huì)超過(guò)光速，這時(shí)物體將會(huì)以超過(guò)光速的速度運(yùn)動(dòng)。超光速運(yùn)動(dòng)的物體，運(yùn)動(dòng)速度越快，其質(zhì)量不會(huì)增大，反而會(huì)減少，并且物體會(huì)向外輸出能量，這時(shí)物體會(huì)以這種形式不斷將物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量。

通過(guò)上面的討論，我們可以得出如下結(jié)論，進(jìn)入黑洞視界的物體，由于它會(huì)以超過(guò)光速的速度運(yùn)動(dòng)，所以物體會(huì)不斷地將自身物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量，因此黑洞視界內(nèi)的物質(zhì)是以能量的形式存在的。同時(shí)這些能量又會(huì)將其所處的時(shí)空進(jìn)一步彎曲，從而黑洞中的能量又會(huì)轉(zhuǎn)換成以彎曲時(shí)空的形式存在。因此，在黑洞中，一切進(jìn)入黑洞的物質(zhì)都會(huì)轉(zhuǎn)換成能量，能量又會(huì)轉(zhuǎn)換成彎曲的時(shí)空，最終以極度彎曲的時(shí)空形式存在，并且極度彎曲的時(shí)空會(huì)對(duì)外展示出巨大的引力。

因此，所謂黑洞，就是一個(gè)時(shí)空極度彎曲的區(qū)域，這個(gè)時(shí)空極度彎曲的區(qū)域本身具有及其巨大的能量，所以彎曲的時(shí)空具有物質(zhì)的屬性，同時(shí)對(duì)外展示出巨大的引力，并且一切進(jìn)入黑洞的物質(zhì)最終都會(huì)轉(zhuǎn)換成極度彎曲的時(shí)空，最終以極度彎曲的時(shí)空形式存在。

因此物質(zhì)與時(shí)空是可以相互轉(zhuǎn)換的，“物質(zhì)不滅定律”也不是絕對(duì)的。在黑洞中，物質(zhì)通過(guò)使時(shí)空彎曲，可以轉(zhuǎn)換成彎曲的時(shí)空，彎曲的時(shí)空如果展平的話(huà)，也會(huì)釋放出物質(zhì)來(lái)，所以在一定的條件下，物質(zhì)是可以消失的，并以彎曲的時(shí)空形式存在。在黑洞中，物質(zhì)最終就是以極度彎曲的時(shí)空這個(gè)形式存在的。

由此我們可以進(jìn)一步推論出，占宇宙全部物質(zhì)95%的暗物質(zhì)和暗能量很可能就是宇宙中存在的彎曲的時(shí)空區(qū)域。