第二章 白洞和黑洞
白洞
從定義上來說，白洞與黑洞是物理學家們根據黑洞在愛因斯坦的廣義相對論上所提出的物體。物理學界和天文學界將白洞定義為一種致密物體，其性質與黑洞完全相反。白洞並不是吸收外部物質，而是不斷地向外圍噴射各種星際物質與宇宙能量，是一種宇宙中的噴射源。簡單來說，白洞可以說是時間呈現反轉的黑洞，進入黑洞的物質，最後應會從白洞出來，出現在另外一個宇宙。由於具有和“黑”洞完全相反的性質，所以叫做“白”洞。它有一個封閉的邊界。聚集在白洞內部的物質，隻可以向外運動，而不能向內部運動。因此，白洞可以向外部區域提供物質和能量，但不能吸收外部區域的任何物質和輻射。白洞是一個強引力源，其外部引力性質與黑洞相同。白洞可以把它周圍的物質吸積到邊界上形成物質層。白洞學說主要用來解釋一些高能天體現象。目前天文學家還沒有實際找到白洞，還隻是個理論上的名詞。白洞是理論上通過對黑洞的類比而得到的一個十分“學者化”的理論產物。
和黑洞完全不一樣，白洞不會吸收任何物體，相反的，白洞會不斷釋放出物質，包括基本粒子和場。
白洞和黑洞一樣，有一個“視界”。不過和黑洞不一樣，時空曲率在這裏是負無窮大，也就是說，在這裏，白洞對外界的斥力達到無窮大，即使是光筆直向白洞的奇點衝去，它也會在白洞的視界上完全停止住，不可能進入白洞一步。
理論上，白洞也可以根據是否旋轉，是否帶有電荷分類，但是理論物理學家們認為，白洞的無窮大的斥力會迫使白洞不帶有任何電荷，因為電荷很容易就被趕到了視界外。而旋轉，也被認為是不可能的。不過白洞看來隻可能是一種想象中的產物。因為如果白洞不吸收任何物體而僅僅是噴射物質，那麽無論這個白洞的質量有多大，它的物質也會很快地被噴射光。
當然，物理學家們也為白洞提供了幾個存在的想法，其中有的人認為白洞和黑洞通過蟲洞連接。
黑洞
黑洞廣義相對論預言的一種特別致密的暗天體。大質量恒星在其演化末期發生塌縮，其物質特別致密，它有一個稱為“視界”的封閉邊界，黑洞中隱匿著巨大的引力場，因引力場特別強以至於包括光子在內的任何物質隻能進去而無法逃脫。形成黑洞的星核質量下限約3倍太陽質量，當然，這是最後的星核質量，而不是恒星在主序時期的質量。除了這種恒星級黑洞，也有其他來源的黑洞——所謂微型黑洞可能形成於宇宙早期，而所謂超大質量黑洞可能存在於星係中央。
黑洞不讓其邊界以內的任何事物被外界看見，這就是這種物體被稱為“黑洞”的緣故。我們無法通過光的反射來觀察它，隻能通過受其影響的周圍物體來間接了解黑洞。雖然這麽說，但黑洞還是有它的邊界，即“事件視界(視界)”。據猜測，黑洞是死亡恒星的剩餘物，是在特殊的大質量超巨星坍縮時產生的。另外，黑洞必須是一顆質量大於錢德拉塞卡極限的恒星演化到末期而形成的，質量小於錢德拉塞卡極限的恒星是無法形成黑洞的。
黑洞其實也是個星球，隻不過它的密度極大，靠近它的物體都被它的引力所約束(就好像人在地球上沒有飛走一樣)。對於地球來說，以第二宇宙速度來飛行就可以逃離地球，但是對於黑洞來說，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了光速，所以連光都跑不出來，於是射進去的光沒有反射回來，我們的眼睛就看不到任何東西，隻是黑色一片。一些科學家認為光的速度比黑洞慢，所以被吸進去，當速度比黑洞快時就可以穿過黑洞邊緣。當然光速已經是極限速度了。
形成
關於白洞是怎樣形成的，目前科學家們持有兩種不同的見解。
一種得到多數天文學家讚同的觀點認為，當宇宙誕生的那一時刻，即當宇宙由原初極高密度、極高溫度狀態開始大爆炸時，由於爆炸的不完全和不均勻，可能會遺留下一些超高密度的物質暫時尚未爆炸，而是要再等待一定的時間以後才開始膨脹和爆炸，這些遺留下來的致密物質即成為新的局部膨脹的核心，也就是白洞。
有些致密物質核心的爆炸時間已經延遲了大約100億年或200億年(這要看宇宙的年齡是100億年還是200億年，而宇宙年齡目前也是一個未解之謎)。它們的爆炸，就導致了我們今天所觀測到的宇宙中各種高能天體物理現象。為此，白洞又有“延遲核”之稱。按照延遲核理論，100億或200億年之前，我們的宇宙就是一個巨大的白洞。
除了延遲核理論之外，另一種觀點認為，白洞可直接由黑洞轉變過來，白洞中的超高密度物質是由引力坍縮形成黑洞時獲得的。
傳統的黑洞理論認為，黑洞隻有絕對的吸引而不向外界發射任何物質和輻射。20世紀70年代，有一位卓越的英國天體物理學家霍金，根據廣義相對論和量子力學理論；對黑洞作了進一步的研究，並對傳統的黑洞理論作了重大的修正。霍金對黑洞的見解轟動了科學界，他因此獲得了1978年的愛因斯坦獎金。
霍金認為，黑洞具有一定的溫度，會以類似於熱輻射的方式穩定地向外發射各種粒子，這就是所謂的“自發蒸發”。黑洞的蒸發速度與黑洞的質量有關，質量越大的黑洞，溫度越低，蒸發得越慢；反之，質量越小的黑洞，溫度越高，蒸發得越快。譬如，質量與太陽相當的一個黑洞，約需1066(100億億億億億億億億)年才能夠完全蒸發完，而一些原生小黑洞，卻能在10—23秒之內蒸發得一幹二淨。
黑洞的蒸發使黑洞的質量減小，從而使黑洞的溫度升高，這樣又促使自發蒸發進一步加劇。這種過程繼續下去，黑洞的蒸發便會越演越烈，最後以一種“反坍縮”式的猛烈爆發而告終。這個過程正好就是不斷向外噴射物質的白洞了。
目前，這種白洞是由黑洞直接轉變過來的觀點，也越來越引起各國科學家們的關注。
由於白洞概念提出之後，用它可以解釋一些高能天體物理現象，所以引起了不少天文學家對白洞的興趣，繼而他們也對白洞問題作了一些探討和研究。
盡管如此，科學家們對白洞的興趣還遠遠比不上像對黑洞的興趣那樣濃，對白洞的研究工作也遠遠比不上像對黑洞的研究那樣廣泛和深入，並且在觀測證認工作方麵，也不像黑洞那樣取得了很大的進展。
總而言之，白洞學說目前還隻是一種科學假說，宇宙中是否真的存在白洞這種天體?白洞是怎樣形成的?我們的宇宙在它誕生之前是否就是一個白洞?等等，有關白洞的這一係列問題，還都是等待人們去揭開的宇宙之謎。
黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮，發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時，收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星球。但在黑洞情況下，由於恒星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質。任何靠近它的物體都會被它吸進去，黑洞就變得像真空吸塵器一樣。 ，
亦可以簡單理解：通常恒星的最初隻含氫元素，恒星內部的氫原子時刻相互碰撞，發生裂變、聚變。由於恒星質量很大，裂變與聚變產生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星結構的穩定。由於裂變與聚變，氫原子內部結構最終發生改變，破裂並組成新的元素——氦元素。接著，氦原子也參與裂變與聚變，改變結構，生成鋰元素。如此類推，按元素、氮元素等生成。直至鐵元穩定不能參與裂變或聚變，而鐵的能量與質量巨大的恒星的萬
跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由質量大於太陽質量20倍的恒星演化而來的。
當一顆恒星衰老時，它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫)，由中心產生的能量已經不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最後形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。
質量小一些的恒星主要演化成白矮星，質量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算，中子星的總質量不能大於三倍太陽的質量。如果超過了這個值，那麽將再沒有什麽力能與自身重力相抗衡了，從而引發另一次大坍縮。
這次，根據科學家的猜想，物質將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積很小、密度趨向很大的“點”。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑)，正像我們上麵介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯係——“黑洞”誕生了。
根據科學家計算，一個物體要有每秒鍾7．9千米的速度，就可以不被地球的引力拉回到地麵，而在空中饒著地球轉圈子了。這個速度，叫第一宇宙速度。如果要想完全擺脫地球引力的束縛，到別的行星上去，至少要有11．2km／s的速度，這個速度，叫第二宇宙速度。也可以叫逃脫速度。這個結果是按照地球的質量和半徑的大小算出來的。就是說，一個物體要從地麵上逃脫出去，起碼要有這麽大的速度。可是對於別的天體來說，從它們的表麵上逃脫出去所需要的速度就不一定也是這麽大了。一個天體的質量越是大，半徑越是小，要擺脫它的引力就越困難，從它上麵逃脫所需要的速度也就越大。
按照這個道理，我們就可以這樣來想：可能有這麽一種天體，它的質量很大，而半徑又很小，使得從它上麵逃脫的速度達到了光的速度那麽大。也就是說，這個天體的引力強極了，連每秒鍾30萬千米的光都被它的引力拉住，跑不出來了。既然這個天體的光跑不出來，我們當然就看不見它，所以它就是黑的了。光是宇宙中跑得最快的，任何物質運動的速度都不可能超過光速。既然光不能從這種天體上跑出來，當然任何別的物質也就休想跑出來。一切東西隻要被吸了進去，就不能再出來，就像掉進了無底洞，這樣一種天體，人們就把它叫做黑洞。
我們知道，太陽現在的半徑是70萬千米。假如它變成一個黑洞，半徑就得大大縮小。縮到多少?隻能有3千米。地球就更可憐了，它現在半徑是6000多千米。假如變成黑洞，半徑就得縮小到隻有幾毫米。哪裏會有這麽大的壓縮機，能把太陽、地球縮這麽小!這簡直像《天方夜譚》裏的神話故事，黑洞這東西實在太離奇古怪了。但是，上麵說的這些可不是憑空想象出來的，而是根據嚴格的科學理論得出來的。原來，黑洞也是由晚年的恒星變成的，像質量比較小的恒星，到了晚年，會變成白矮星；質量比較大的會形成中子星。現在我們再加一句，質量更大的恒星，到了晚年，最後就會變成黑洞。所以，總結起來說，白矮星、中子星和黑洞，就是晚年恒星的三種變化結果。
現在，白矮星已經找到了，中子星也找到了，黑洞找到沒有?也應該找到的。主要因為黑洞是黑的，要找到它們實在是很困難。特別是那些單個的黑洞，我們現在簡直毫無辦法。有一種情況下的黑洞比較有希望找到，那就是雙星裏的黑洞。
雙星就是兩顆互相饒著轉的恒星。雖然我們看不見黑洞，但卻能從那顆看的見的恒星的運動路線分析出來。這是什麽道理呢?因為，雙星中的每一個星都是沿著橢圓形路線運動的，而單顆的恒星不是這樣運動。如果我們看到天空中有顆恒星在沿橢圓形路線運動，卻看不到它的伺伴，'那就值得仔細研究了。我們可以把那顆星走的橢圓的大小，走完一圈用的時間，都測量出來。有了這些，就可以算出來那個看不見的同伴的質量有多大。如果算出來質量很大，超過中子星能有的質量，那就可以進一步證明它是個黑洞了。
在天鵝星座，有一對雙星，名叫天鵝座x-1。這對雙星中，一顆是看的見的亮星，另一顆卻看不見。根據那顆亮星的運動路線，可以算出來它的伺伴韻質量很大，至少有太陽質量的五倍。這麽大的質量是任何中子星都不可能有的。當然，除這些以外還有別的證據。所以，基本上可以肯定，天鵝座x—l中那個看不見的天體就是一個黑洞。這是人類找到的第一個黑洞。
另外，還發現有幾對雙星的特征也跟天鵝座x-1很相似，它們裏麵也有可能有黑洞。科學家正對它們作進一步的研究。“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”，其實不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場是如此之強，就連光也不能逃脫出來。
存在
到目前為止，“白洞”還隻是個理論名詞，科學家並未實際發現。在技術上，要發現黑洞，甚至超巨質量黑洞，都比發現白洞要容易的多。也許每一個黑洞都有一個對應的白洞!但我們並不確定是否所有的超巨質量的“洞”都是“黑”洞，也不確定白洞與黑洞是否應成對出現。但就重力的觀點來看，在遠距離觀察時兩者的特性則是相同的。
當人們有了很複雜的數學工具來分析這些相關方程式，他們發現了更多。在這個簡單的情形下，時空結構必須具備時間反演對稱性，這意味著如果你讓時間倒流，所有一切都應該沒什麽兩樣。因此如果在未來某個時刻光隻能進不能出，那過去一定有個時刻光隻能出不能進。這看上去就像是黑洞的反轉，因此人們稱之為白洞，雖然它隻是黑洞在過去的一個延伸。(更奇怪的是：在世界裏麵似乎應該還有一個宇宙，雖然這裏用“裏麵”可能不太確切。)時間在白洞裏麵是存在的，但既然你不能進去，那你隻有出生在裏麵才能知道了。
但在現實中，白洞可能並不存在，因為真實的黑洞要比這個廣義相對論的簡單解所描述的要複雜得多。他們並不是在過去就一直存在，而是在某個時間恒星．坍塌後所形成的。這就破壞了時間反演對稱性，因此如果你順著倒流的時光往前看，你將看不到這個解中所描述的白洞，而是看到黑洞變回坍塌中的恒星。
我們知道，由於黑洞擁有極強的引力，能將附近的任何物體一吸而盡，而且隻進不出。如果，我們將黑洞當成一個“入口”，那麽，應該就有一個隻出不進的“出口”，就是所謂的“白洞”。黑洞和白洞問的通路，也有個專有名詞，叫做“灰道”(即“蟲洞”)。雖然白洞尚未發現，但在科學探索上，最美的事物之一就是許多理論上存在的事物後來真的被人們發現或證實。因此，也許將來有一天，天文學家會真的發現白洞的存在!
由於黑洞的密度極大，根據公式我們可以知道密度：質量÷體積，為了讓黑洞密度無限大，那就說明黑洞的體積要無限小，然後質量要無限大，這樣才能成為黑洞。
黑洞是由一些恒星“滅亡”後所形成的死星，他的質量很大，體積很小。但是問題就產生了，黑洞會一直存在嗎?答案是錯誤的，黑洞也有滅亡的那天，由於黑洞無限吸引，但是總會有質子逃脫黑洞的束縛，這樣日積月累，黑洞就慢慢的蒸發，到了最後就成為了白矮星，或者就爆炸，它爆炸所產生的衝擊波足以讓地球毀滅1萬次以上。科學家經常用天文望遠鏡觀看黑洞爆炸的畫麵。它爆炸所形成的塵埃是形成恒星的必要物質，這樣就能初步解決太陽係形成的答案了。
黑洞會發出耀眼的光芒，體積會縮小，甚至會爆炸。當英國物理學家史迪芬。霍金於1974年做此預言時，整個科學界為之震動。
霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍，他結合了廣義相對論和量子理論。他發現黑洞周圍的引力場釋放出能量，同時消耗黑洞的能量和質量(參考霍金的《時間簡史》，我們可以認定一對粒子，會在任何時刻、任何地點被創生，被創生的粒子就是正粒子與反粒子，而如果這一創生過程發生在黑洞附近的話就會有兩種情況發生：兩粒子湮滅、一個粒子被吸人黑洞。“一個粒子被吸入黑洞”這一情況：在黑洞附近創生的一對粒子，其中一個反粒子會被吸入黑洞，而正粒子會逃逸，由於能量不能憑空創生，我們設反粒子攜帶負能量，正粒子攜帶正能量，而反粒子的所有運動過程可以視為是一個正粒子的為之相反的運動過程，如一個反粒子被吸入黑洞可視為一個正粒子從黑洞逃逸。這一情況就是一個攜帶著從黑洞裏來的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的總能量少了，而愛因斯坦的公式E=mc。表明，能量的損失會導致質量的損失)。當黑洞的質量越來越小時，它的溫度會越來越高。這樣，當黑洞損失質量時，它的溫度和發射率增加，因而它的質量損失得更快。這種“霍金輻射”對大多數黑洞來說可以忽略不計，因為大黑洞輻射的比較慢，而小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到黑洞的爆炸。
白洞與黑洞的關係
白洞與黑洞是相輔相成的，是對立統一的。沈施在《黑洞、白洞交相襯映》一文中對黑洞與白洞的相互關係作了如下論述：“霍金著眼於黑洞，但他的假說或可給予黑洞、白洞相互轉化之設想以便宜。當然此設想主要還是出於黑洞、白洞之對稱性的思考；因為物質坍縮成一個中心奇點、與物質從一個中心奇點裏爆發出來，本是相反相成的兩個過程，所以從黑洞瞬即轉化成白洞，似乎還是可能實現的。對於宇宙演化，我們且作如下嚐試性解釋。從廣義相對論演繹得出的一種演化模式，把宇宙假設為從原始火球的大爆炸中誕生，接著便膨脹，脹到最大，再轉變成坍縮，縮到最小；爾後又發生第二次爆炸及其脹、縮過程；如此循環反複。對此模式，可否把每次爆炸的原始火球看作為一個原始白洞，而它是上一次坍縮過程的終止黑洞瞬即轉化來的。起始點和終止點就是這白洞和黑洞的中心奇點。”這段論述包含了深刻的辯證邏輯思想。
根據上述情況，可以得出以下結論：
第一，黑洞是宇宙間吸引的一種極端現象和形式，它的直接結果是“大坍縮”，與之相反，白洞則是宇宙間排斥的一種極端現象和形式，它的直接結果是“大爆炸”或“大膨脹”。兩者缺一不可，緊密相聯，相輔相成，相互轉化，對立統一。
第二，黑洞與白洞是通過某種“極變機製”(蟲眼機製等)相互轉化的，由於這種相互轉化的存在，使得量子階梯中的所有物質現象得以產生、發展和消亡。在這個過程中，既沒有一成不變的永恒事物，也沒有隻出現一次就永遠絕滅的東西。產生了的東西會消亡，消亡了的東西又會產生，如此循環不止。
第三，黑洞與白洞的相互轉化是宇宙演化最根本、最重要的動力根源。它們兩者的存在和轉化，是“吸引和排斥這一個古老的兩極對立”的生動體現，是萬物變化最深層次的總根源。
黑洞就像宇宙中的一個無底深淵，物質一旦掉進去，就再也逃不出來。根據我們熟悉的“矛盾”的觀點，科學家們大膽地猜想到：宇宙中會不會也同時存在一種物質隻出不進的“泉”呢?並給它取了個同黑洞相反的名字，叫“白洞”。
科學家們猜想：白洞也有一個與黑洞類似的封閉的邊界，但與黑洞不同的是，白洞內部的物質和各種輻射隻能經邊界向邊界外部運動，而白洞外部的物質和輻射卻不能進入其內部。形象地說，白洞好像一個不斷向外噴射物質和能量的源泉，它向外界提供物質和能量，卻不吸收外部的物質和能量。
白洞到目前為止，還僅僅是科學家的猜想，還沒有觀察到任何能表明白洞可能存在的證據。在理論研究上也還沒有重大突破。不過，最新的研究可能會得出一個令人興奮的結論，即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身!也就是說黑洞在這一端吸收物質，而在另一端則噴射物質，就像一個巨大的時空隧道。
科學家們最近證明了黑洞其實有可能向外發射能量。而根據現代物理理論，能量和質量是可以互相轉化的。這就從理論上預言了“黑洞、白洞一體化”的可能。
要徹底弄清楚黑洞和白洞的奧秘，現在還為時過早。但是，科學家們每前進一點，所取得的成績都讓人激動不已。我們相信，打開宇宙之謎大門的鑰匙就藏在黑洞和白洞神秘的身後。
特殊的黑洞
與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術”，人們無法直接觀察到它，連科學家都隻能對它內部結構提出各種猜想。那麽，黑洞是怎麽把自己隱藏起來的呢?答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播，但走的已經不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，隻不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。
在地球上，由於引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發出的光，雖然有一部分會落人黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背麵的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球，它朝其他方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的側麵、甚至後背!
“黑洞”無疑是本世紀最具有挑戰性、也最讓人激動的天文學說之一。許多科學家正在為揭開它的神秘麵紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。
黑洞通常是因為它們聚攏周圍的氣體產生輻射而被發現的，這一過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴重影響吸積流的幾何與動力學特性。目前觀測到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤。．當吸積氣體接近中央黑洞時，它們產生的輻射對黑洞的自轉以及視界的存在極為敏感。對吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉黑洞和視界的存在提供了強有力的證據。數值模擬也顯示吸積黑洞經常出現相對論噴流也部分是由黑洞的自轉所驅動的。 ‘
天體物理學家用“吸積”這個詞來描述物質向中央引力體或者是中央延展物質係統的流動。吸積是天體物理中最普遍的過程之一，而且也正是因為吸積才形成了我們周圍許多常見的結構。在宇宙早期，當氣體朝由暗物質造成的引力勢阱中心流動時形成了星係。即使到了今天，恒星依然是由氣體雲在其自身引力作用下坍縮碎裂，進而通過吸積周圍氣體而形成的。行星(包括地球)也是在新形成的恒星周圍通過氣體和岩石的聚集而形成的。但是當中央天體是一個黑洞時，吸積就會展現出它最為壯觀的一麵。然而黑洞並不是什麽都吸收的，它也往外邊散發質子。
黑洞的劃分
劃分一
按組成來劃分，黑洞可以分為兩大類。一是暗能量黑洞，二是物理黑洞。
暗能量黑洞
暗能量黑洞主要由高速旋轉的巨大的暗能量組成，它內部沒有巨大的質量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋轉，其內部產生巨大的負壓以吞噬物體，從而形成黑洞。暗能量黑洞是星係形成的基礎，也是星團、星係團形成的基礎。
物理黑洞
物理黑洞由一顆或多顆天體坍縮形成，具有巨大的質量。當一個物理黑洞的質量等於或大於一個星係的質量時，我們稱之為奇點黑洞。暗能量黑洞的體積很大，可以有太陽係那般大。它比起暗能量黑洞來說體積非常小，它甚至可以縮小到一個奇點。
劃分二
1972年，美國普林斯頓大學青年研究生貝肯斯坦提出黑洞“無毛定理”：星體坍縮成黑洞後，隻剩下質量，角動量，電荷三個基本守恒量繼續起作用。其他一切因素(“毛發”)都在進人黑洞後消失了。這一定理後來由霍金等四人嚴格證明。
由此，根據黑洞本身的物理特性，可以將黑洞分為以下四類。
(1)不旋轉不帶電荷的黑洞。它的時空結構於1916年由施瓦西求出稱施瓦西黑洞。
(2)不旋轉帶電黑洞，稱R—N黑洞。時空結構於1916～1918年由Reissner(賴斯納)和Nordstrom(納自敦)求出。
(3)旋轉不帶電黑洞，稱克爾黑洞。時空結構由克爾於1963年求出。
(4)一般黑洞，稱克爾一紐曼黑洞。時空結構於1965年由紐曼求出。
黑洞與地球
黑洞沒有具體形狀，你也無法看見它，隻能根據周圍行星的走向來判斷它的存在。也許你會因為它的神秘莫測而嚇的大叫起來，雖然它有強大的引力，但與此同時這也是判斷它位置的一個重要證據，就算它的“正式邊界”還離我們很遠，我們也沒有任何手段能夠挽救(除非我們能夠在受到它的引力作用前拋棄地球，但是科學不是科幻小說，拋棄地球的可能性在未來很長一段時間內仍然十分渺茫)。這也是人類研究它的原因之一。
恒星，白矮星，中子星，誇克星，黑洞是依次的五個密度當量星體，密度最小的當然是恒星，黑洞是物質的終極形態，黑洞之後就會發生大爆炸，能量釋放出去後，又進入一個新的循環。
巨大黑洞
所謂“巨大黑洞”是指質量超過太陽100萬倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞，那麽在它周圍的物質亦應當像繞太陽旋轉的行星那樣，遵循“開普勒行星運動三定律”，哈勃太空望遠鏡就在NGC4261、室女座M84星係、室女座M87星係等星係中心發現了高速旋轉的氣體。
根據開普勒定律，氣體的旋轉速度應與其圍繞天體的質量的平方根成正比，與旋轉半徑的平方根成反比。如果能夠確定旋轉速度和半徑，就能求出天體的質量，NGC426l旋轉半徑為300光年以內，質量約為太陽質量的20億倍；M84星係旋轉半徑為30光年以內，質量約為太陽質量的3億倍；M87星係旋轉半徑為15光年以內，質量約為太陽質量的30億倍。計算結果應當是令人吃驚的!10億倍太陽質量的黑洞的半徑大約為10天文單位，也就是1光年的一萬分之一。所以，哈勃太空望遠鏡的觀測結果與黑洞的半徑相比較，還沒有把握住黑洞的外側。
1995年，有關科學家與美國史密森尼安天文台合作，使用超長基線電波幹涉儀群觀測獵犬NGC4258星係的中心區域，發現在NGC4258星係中心僅0．3光年的區域內，就存在相當太陽質量3600萬倍的質量，而且獲得了迄今為止最精確的旋轉速度。由此，星係中心存在巨大黑洞的可能幾乎轉瞬間便具有了可能性。同年，科學家們進行了對確認巨大黑洞具有決定意義的觀測，證據是通過日本的x射線天文衛星觀測得到的，觀測對象是名為“MCG-6-30-15”的一個活躍星係。觀測結果表明，來自這個星係中心的X射線發生了“引力紅移”，這是非黑洞無法解釋的。
所謂“引力紅移”是在強引力作用下，時間似乎變慢的可用廣義相對論解釋的現象，在這種現象中光波長變長。這個現象被確認其意義就相當於直接觀測到黑洞。科學家從此得到了巨大黑洞存在的強有力的證據，任何星係都存在巨大黑洞。
疑問
首先黑洞的存在要基於光是粒子，受萬有引力的作用而不能逃離黑洞。如果光被證明不是粒子，則該理論不存在。在倒相對論中，對光是粒子的論據，進行的多方麵的質疑。
其次該理論有一個缺陷，絕大多數人認為脫離地球引力，一定要有第一宇宙速度，這是宏觀認識的疏忽，空氣脫離地球引力，飄散到太空，從來不需要第一宇宙速度。尤其是氫氣，幾乎是被其他氣體趕出地球的，想擠回來都不行，根本稱不上逃離。
此外，穩定的黑洞外將有一層厚厚的大氣層，而大氣層的外麵將會富集氫氣，從而引發核聚變，一個恒星的形象將出現在我們麵前。如果是不斷塌縮的黑洞，宇宙的一切將被它吞噬，直到引發另一次爆炸。 ，
而恒星的末期，都會產生爆炸，使其不會無限度增大質量，人類已經觀測到很多實際例證，但恒星爆炸對物質的衝擊，都未引起導致黑洞形成的塌縮力，那麽想象黑洞自然形成，是否有些過於樂觀?
黑洞與蟲洞
據最新的研究聲稱，科學家認為黑洞可能是通往其他宇宙的蟲洞。如果這一理論是正確的，將會有助於解釋例如黑洞信息悖論等量子難題，不過批評家指出這也會產生新的問題，例如蟲洞是怎麽形成的等等。
黑洞是一種擁有強大引力的物體，任何物體——即便是光——在進入其邊界之後都不能逃逸出來。根據愛因斯坦的廣義相對論，黑洞可以由任何物質形成，隻要能夠坍縮到足夠小的空間內。
盡管黑洞不能被直接看到，天文學家還是通過觀察周圍物質的環繞情況，推斷出一些黑洞的位置。
不過來自巴黎Bures—sur-Yvette地區法國高等科學研究所(Institut des Hautes Etudes Scientifiques)的物理學家Thibault Damour和來自德國Bremen國際大學的Sergey Solodukhin提出一個新的觀點，即這些所謂的黑洞其實就是蟲洞。
蟲洞是連接時空架構中兩個不同地方的彎曲通道。如果你把宇宙想象為一個二維的紙張，蟲洞就是連接這張紙片和另一張紙片的小通道。實際上這一理論認為，蟲洞連向的是一個擁有自己星星、星係等的另一個宇宙。
引起空間扭曲的小球在我們三維世界的例子就是黑洞。黑洞事實上是存在於四維空間的一種現象，或者說，黑洞是連接三維世界與四維空間的通道。我們有可能通過對黑洞的深入研究，找到克服四維空間的辦法，那樣的話，瓦普跳躍飛行就不再是夢想了。
現在科學家已經證實，黑洞的存在確實會令周圍的空間極度扭曲。根據廣義相對論，光線在正常的空間裏以直線傳播，但當空間扭曲時，光線會隨著空間扭曲的方向而扭曲。如果能給一束射進黑洞的光線拍照的話，我們就會發現，光線呈螺旋形指向黑洞中心，因為黑洞的巨大質量已使周圍的空間扭曲得不成形了。
趣事
另外一個有趣的現象也是根據廣義相對論，引力越強，時間越慢，物體的長度也縮小。假如銀河係被一個黑洞所吸引，在被吸收的過程中，銀河係會變成一個米粒大小的東西。銀河係裏的一切東西包括地球都按相同比例縮小。所以在地球上的人看來，銀河係依舊是浩瀚無邊。地球上的人依舊照常上班學習，跟他們在正常情況下一樣。因為在他們看來，周圍的人和物體和他們的大小比例關係不變。他們渾然不知這一切都發生在一個米粒大的世界裏。
但因為黑洞周圍引力巨大，任何物體都不能長時間待留。假如銀河係被一個黑洞所吸引，地球上的人隻有幾秒的時間去體驗第一個現象。
冕洞
太陽大氣最外麵的一層叫做日冕。冕的本意是禮帽，日冕確實像頂碩大無比的帽子，從四麵八方把太陽蓋得嚴嚴實實。
除非用一種專門的儀器，否則，平常是無法對日冕進行觀測的，隻有在日全食的時候，才有機會看到它數十秒或者數百秒鍾。日冕一般分為內冕和外冕兩部分，從空間拍攝的日冕照片上，可以看到外冕最遠一直延伸出去好幾十個太陽半徑那麽大的距離。
日冕呈現出白裏透藍的顏色，柔和、淡雅，逗人喜愛。日冕雖然不亮，但用肉眼觀測或者拍下照片來看，各處亮度還比較均勻，沒有太明顯的差別。可是，從空間拍下的日冕X光照片上看起來，它卻是另外個模樣。其中最引人注意的是，日冕中有著大片不規則的暗黑區域，它們並不很穩定，形狀時有變化，有人把它們比喻為是日冕中出現的“洞”，冕洞的名稱就是這麽來的。說實在的，冕洞這個名字並不恰當，因為它基本上都是長條形的，有時從太陽的南極或者北極，一直伸展到赤道附近，長好幾十萬千米。從X射線的角度來看，說它是“洞”還勉強可以，冕洞裏確實是“空洞洞”的，穿過冕洞可以直接看到光球，光球是完全不發射X射線的，所以在x光照片上，冕洞表現為暗黑色的一片，看起來像是好端端的一個圓麵上，被塗黑了一大片。
我們都有這樣的生活體驗：風從東麵吹來的時候，樹葉、炊煙以及我們的衣服和長發，都向相反的西麵飄起來。天文學家們從彗星尾巴老是背著太陽這一點得到啟發，猜測太陽是不是也刮“風”?當然，這風指的是從太陽向外拋射出來的帶電的物質粒子等。正式提出太陽風的名稱，並得到確認，那是：20世紀50年代的事。
太陽風是從太陽麵上什麽地方往外吹出來的呢?這個問題一開始沒有得到圓滿的解釋。
在20世紀30年代之前，科學家們驚奇地發現，某些磁暴——地球磁場的強烈**是周期性的，每隔一定的周期就重複出現，周期是27日。顯然，產生這種磁暴的原因也應該具有27日的周期。科學家們很自然地想到了太陽，它赤道部分的會合周期也是27日，可見這兩者之間存在著某種關係。
周期性發生的磁暴與太陽赤道部分的哪些區域有關呢?這是些什麽樣的區域呢?多少年來，一直沒有人能說清楚。這些“神秘”的區域被叫做M區，但誰也沒有在觀測中發現過M區。
在對冕洞的探討和研究過程中，天文學家們找到了根據而恍然大悟，40多年來踏破鐵鞋無覓處的M區，原來就是太陽赤道部分的冕洞，從它那裏使勁地往外“吹”的帶電物質粒子，就是好幾百年“視而不見”的太陽風。
冕洞、M區、太陽風，三者合一，不僅解釋了一直存在的一些疑難問題，也推動了科學家們去進一步探討由日冕和冕洞反映出來的新現象。
20世紀60年代以後，一係列的空間探測器為我們取得了大量的有關日冕和冕洞的第一手資料。尤其是“天空實驗室”的發射成功，在其從1973年到1979年6月運行期間，特別是三次載人飛行期間，主要的觀測對象就是太陽，總共拍攝了18萬多張珍貴的太陽照片，為我們深入認識太陽和日冕作出了貢獻。
“天空實驗室”飛行期間，正是太陽活動並不太劇烈的時期，太陽麵上的冕洞總麵積竟然達到20％的樣子，其中小的也許隻占1％，而大的可達5％。太陽表麵的1％大體上是600多億平方千米，這些冕洞有多大呀!在太陽活動劇烈的時候，冕洞的麵積是否會更大更多呢?多到什麽程度呢?現在還說不太清楚。
有趣的是，太陽兩極處冕洞麵積的總和可以說是相當穩定的，加在一起可達到太陽表麵總麵積的15％左右，也就是一個極處的冕洞麵積擴大時，另外一個極處的冕洞就縮小，反過來也一樣。為什麽兩極的冕洞麵積之和基本上保持不變呢?難以理解!冕洞是太陽大氣中一種壽命較長和比較穩定的現象，一般可以存在相當於5個太陽自轉周期那麽長時間，有的甚至達到10個周期。小冕洞的壽命比較短，也許隻存在二三十天，大致相當於1個太陽自轉周期。冕洞麵積的增長和減小速度比較平穩，而且大體相同，約每秒10000多平方千米。為什麽冕洞存在的時間那麽長，比黑子長得多?為什麽它麵積的增長速度和減小速度又大體相同呢?難以理解，也難以解釋清楚。
前麵說過，冕洞是太陽上的一種比較穩定的現象，這是科學家們長時間研究的結果。但是，空間觀測給科學家們的提示是：日冕的短時間的“瞬時”現象，不僅存在，而且很壯觀。從“天空實驗室”對太陽所作的精細觀測表明，日冕經常發生突如其來的、相當猛烈的拋射現象，大量物質一下子從冕洞排山倒海般地向四麵傾瀉，使附近的日冕部分發生明顯的改變。一次這樣的瞬時現象可以短到幾分種，長到一二個小時。在此期間被拋出的物質少則數百億噸，多則上千億噸，物質被拋出的速度可以達到每秒500千米以上。這種瞬時現象是怎樣發生的?是由於什麽機製觸發而形成的呢?它與太陽的整體活動有什麽關係?等等，現在都還難以理解和解釋。
科學家們確實已經知道了不少關於冕洞的物質和情況，也確實有許多現象還沒有得到滿意的解釋。除了上麵提到的冕洞的麵積、壽命、增大和減小速度以及瞬時現象等之外，這裏再列舉幾個方麵：
冕洞的分布：最近20多年來，觀測到的所有冕洞幾乎都跟同一個太陽半球上的極區冕洞聯係在一起，而且往往延伸到另一半球。換句話說，在太陽北半球出現的冕洞，從北極區開始向南穿越整個北半球，穿過赤道，一直延伸到南緯20°左右；南極區的冕洞則與南半球上的冕洞聯結在一起，並一直延伸到北緯20°左右。為什麽會是這樣的分布情況呢?還不清楚。
冕洞的旋轉：太陽大氣中的多數現象的旋轉情況是這樣的：所處的日麵緯度越高，繞太陽旋轉的速度越慢。這就是所謂的較差自轉，或較差旋轉效應。冕洞似乎不遵守這種效應，它以自己的方式隨著太陽自轉，相對於太陽來說，它的位置基本不動，近似於所謂的剛體旋轉。譬如同樣都是在日麵緯度40°處，冕洞的旋轉速度比黑子要快7％左右；比赤道區域的冕洞隻慢0．5％～1．0％，可說是相差無幾。為什麽冕洞不作較差自轉?還不太清楚。
冕洞與磁場的關係：冕洞總是出現在太陽麵上大而隻有單極(正極或負極)的磁區域中，它因此而被區分為正極型和負極型兩種。可是，並不是每個大的單極磁區中都會產生冕洞。就磁場強度來說，冕洞中的磁場是不均勻的；冕洞與無冕洞區的磁場並沒有明顯的差別，而且比太陽活動區要弱。可以認為，冕洞的產生和存在與磁場強度的大小，沒有太大的關係，至少不是起主導作用的關係。
那麽，冕洞究竟是怎麽形成的呢?冕洞出現的頻率有什麽規律嗎?冕洞的邊界是如何逐步變化的?如果說，冕洞的發生和形成是由於太陽上的某種特殊過程的結果，那麽這個特殊過程又是什麽呢?冕洞及其所在的日冕，為科學家提供了許多令人驚奇而難以理解的現象，而對這些現象的本質的認識，我們還處在茫然無知或者說剛開始的階段。