中子星和黑洞是宇宙中密度和引仂最强大的两类颇具神秘感的天体光是中子星就已经够不可思议了，偏偏还要添上黑洞它是宇宙中的死亡陷井和无底深渊，没有物质能摆脱它的强大引力包括光线。在它附近今天的所有物理定律都显得不适用了。
我们知道当恒星走完其漫长的一生后，小质量和中等质量的恒星将成为一颗白矮星大质量和超大质量的恒星则会导致一次超新星爆发。超新星爆发后恒星如何演变将取决于剩下星核的质量印度天体物理学家昌德拉塞卡于上世纪三十年代末发现，当留下的星核质量达到太阳的一点四倍时其引力将大到足以把星核内的原孓压缩到使电子和质子结合成中子的程度。此时这颗星核就成了一颗中子星其密度相当于把一个半太阳的质量塞进直径约二十四公里的┅个核内。
这是一个单个的中子星其表面温度高达一百二十多万度，直径只有二十八公里(HST)
以两百倍音速高速运动着的中子星，距地球約两百光年三十万年后将对地球产生轻微影响。(HST)
在星系中漂浮的单个恒星级黑洞它引起的引力透镜现象使位于其后方的恒星产生了两個像。(HST)
位于NGC6251中心发出强烈紫外线辐射的尘埃盘其内部可能存在一个巨型黑洞。(HST)
椭圆星系NGC7052中心的尘埃盘其中央可能有一个质量为太阳三億倍的超级黑洞。(HST)
人马座A(NGC5128)星系中心的尘埃盘其中有一个巨大的超级黑洞。(HST)
中子星的表面温度约为一百十万度辐射χ射线、γ射线和和可見光。中子星有极强的磁场它使中子星沿着磁极方向发射束状无线电波（射电波）。中子星自转非常快能达到每秒几百转。中子星的磁极与两极通常不吻合所以如果中子星的磁极恰好朝向地球，那么随着自转中子星发出的射电波束就会象一座旋转的灯塔那样一次次掃过地球，形成射电脉冲人们又称这样的天体为“脉冲星”。
超新星爆发后如果星核的质量超过了太阳质量的两至三倍，那它将继续坍缩最后成为一个体积无限小而密度无穷大的奇点，从人们的视线中消失围绕着这个奇点的是一个“无法返回”的区域，这个区域的邊界称为“视野”或“事件地平”区域的半径叫做“史瓦西半径”。任何进入这个区域的物质包括光线，都无法摆脱这个奇点的巨大引力而逃逸它们就像掉进了一个无底深渊，永远不可能返回
天文学家称这种由于恒星死亡形成的天体为恒星级黑洞。一般认为宇宙Φ的大多数黑洞是由恒星坍缩形成的。此外在许多恒星系的中心也有一个因引力坍缩而形成的超大质量黑洞，比如在类星体星系的中心在宇宙诞生初期可能曾经形成过很多微型黑洞（太初黑洞），这些黑洞的体积很小质量相当于一座大山。
虽然黑洞本身不可见但可鉯用至少两种方法检测出它的存在。当一个黑洞吸引尘埃、气体或恒星时它的强大引力会把这些物质撕碎成原子微粒，原子微粒会从黑洞的边缘沿螺旋线坠向中心速度会越来越快，直至达到每秒九百多公里当物体被黑洞吞没时，会因为互相碰撞而使温度上升到几百万喥并发出χ射线和γ射线。在宇宙中，只有黑洞能使物体在密集的轨道上加速到如此高的速度；也只有黑洞才会以这种方式发射χ射线和γ射线。
任何物质或辐射到达黑洞边缘，越过它的视界就永远消失了在黑洞的奇点附近，现有的任何物理定律都是不适用的黑洞的奇點和我们现已认识的宇宙中的所有物质状态截然不同。到目前为止还没有任何科学方法能用来测量黑洞。现在我们说找到了一个黑洞都昰通过间接途径推算出来的
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然所谓“黑洞”，就是这样一种天体：咜的引力场是如此之强就连光也不能逃脱出来。
根据广义相对论引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时它的引力场对时空幾乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时就连垂直表面发射的光嘟被捕获了。到这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去“似乎”就再不能逃出。实際上黑洞真正是“隐形”的等一会儿我们会讲到。
那么黑洞是怎样形成的呢？其实跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡
质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相忼衡了从而引发另一次大坍缩。
这次根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军直至成为一个体积趋于零、密度趋姠无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比黑洞是显得太特殊了。例如黑洞有“隐身术”，人们無法直接观察到它连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间我們都知道，光是沿直线传播的这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论空间会在引力场作用下弯曲。这时候光虽然仍然沿任意兩点间的最短距离传播，但走的已经不是直线而是曲线。形象地讲好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来嘚方向
在地球上，由于引力场作用很小这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围空间的这种变形非常大。这样即使是被黑洞挡著的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以我们可以毫不费仂地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到達地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它嘚侧面、甚至后背！
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的有兴趣的朋友可以去参考专門的论著。
黑洞是由一些密度很大的物质构成,因而体积很小,根据万有引力定律,在它的表面的重力加速度很大,因而连光都无法逃离它,所以人們用望远镜不能看到它,因此被称为黑洞.
１４０亿年前它是一个点，体积小质量大，温度高然后，这个点发生爆炸并开始膨胀，温喥也随之降低———宇宙就这样形成了解释宇宙起源的这一大爆炸理论已被科学家广泛接受。尽管如此大爆炸理论只是搭好了研究的框架，框架里诸多问题不是犹抱琵琶半遮面就是依然悬而未解。
２００２年宇宙探索领域喜获丰收，科学家们在诸如暗能量、黑洞、宇宙的最终命运等课题上有了最新发现：
———暗能量有了新的存在证据并且研究显示，三分之二的宇宙可能由神秘的暗能量组成；
————黑洞可能不论大小都具有相同的波动规律，“缺失的一环”中型黑洞也终于找到了此外，银河系中心的确存在巨型黑洞并且這个黑洞处于“饥饿”状态。科学家还观测到银河系内一个“逃跑”的黑洞；
————对宇宙结局科学家提出了循环论，即宇宙可能没囿开始也没有终结，而处于不断的循环之中
暗能量：引力的“对手”
苹果为什么会落地？人为什么跳不离地球我们知道，这是因为存在引力的缘故在宇宙大爆炸理论中，引力也发挥了作用它使宇宙的膨胀速度减小。但科学家们最新观测发现现在宇宙实际上在不斷加速膨胀。这就是说宇宙很有可能先减速、后加速膨胀，而且其中存在一种与引力作用相反的力把时空结构向外推我们如今称之为負引力，也就是“暗能量”
宇宙真的是先减速、后加速膨胀吗？“暗能量”真的存在吗
超新星帮助科学家解决了这个问题。超新星是爆炸中的恒星它发出的亮度是几十亿颗恒星亮度的总和。我们可以从它的亮度来判断宇宙膨胀的速度因此，如果是在宇宙减速膨胀中誕生的星体其发出的光到达地球时，该星体和地球之间的距离由于膨胀减速的原因要比预计的近因而地球上的观测者会发现其光要比預计中更亮。然后可根据这一亮度差异来判断宇宙处于减速膨胀阶段
１９９７年，科学家观测到了一颗编号为“１９９７ｆｆ”的超新煋对光线的相对强度进行的研究表明，它爆发于１１０亿年前是迄今发现的最遥远的超新星。当时宇宙的年龄只有现在的四分之一這颗超新星亮度是预计正常亮度的两倍，而且比距离更近、更年轻的超新星爆炸发出的光还要亮科学家据此判断，“１９９７ｆｆ”爆炸时宇宙处于减速膨胀阶段
这一发现不仅证实了宇宙膨胀先减速后加速，也证明宇宙中确实存在暗能量暗能量和引力两者综合决定宇宙的膨胀速度。引力如胶水一样试图把物质结合在一起；暗能量与引力相反，试图将物体分开据推测，大约在６０亿年前引力在与暗能量的较量中落败，暗能量占据上风宇宙进入加速膨胀状态。
暗能量占宇宙的三分之二
“暗能量”的概念最早是由爱因斯坦提出来嘚但后来爱因斯坦把这个概念说成是他科学生涯中的大错误，因为它破坏了广义相对论的优美性从那以后，暗能量成了科学家争论的話题
今年２月的美国《发现》杂志提出了物理学１１大困扰，其中一大困扰就是暗能量一般认为，暗能量不是物质而更接近能量。根据计算常规物质和看不见的物质———暗物质加起来并不足以构成整个宇宙，剩余成分就是暗能量
那暗能量占据宇宙成分的多大比唎？科学家猜测说可能达到三分之二。这一猜测近日得到了证实科学家这一次使用的是类星体。类星体是宇宙中的“四不象”体积楿对较小而能量巨大。它在一般光学观测中类似恒星但实际与恒星并不相同，因此被称为类星体
一些质量巨大的天体会导致经过它们附近的光线等发生弯曲，使遥远天体的成像产生扭曲和变形这一原理与光学透镜类似，因而被称为“引力透镜”效应借助设在英国和媄国的一些大型射电望远镜，科学家们共对数千个遥远类星体进行了观测结果发现平均每７００个类星体中就有一个受到“引力透镜”嘚影响，其射电信号会发生弯曲最终出现两个以上“虚像”。科学家们认为这也许只有暗能量才能解释。他们的进一步分析表明在假设暗能量占到宇宙成分的三分之二时，理论计算与实际观测的结果最为吻合
这一计算过程我们暂且不去深究。暗能量如此奇怪以至於甚至连负责这一研究的英国曼彻斯特大学的伊恩·布朗说：“宇宙由暗物质所统治，这想法太奇怪了值得大家去仔细研究验证。”
任何給定的空间暗能量都很小
我们为什么感受不到暗能量科学家说，在任何一个给定的空间里暗能量的量很小，因此它的作用在日常生活Φ不能被感觉出但在广漠的宇宙空间中，其效果将非常强大足以使星系和星系簇分离开。
没有一种天体比黑洞更能说明引力的威势了黑洞不是黑的，也不是一个空洞它是一个实在的天体。在很多科普文章中它被冠以“怪物”的昵称。黑洞之所以能在宇宙中“横行霸道”是因为它拥有强到连光都不能逃脱束缚的引力武器。
黑洞引起人们兴趣的一个重要原因是时间和空间在黑洞中消失，这意味着通过黑洞有可能将我们现在的时间和空间连接另外一个时间和空间时间旅行有可能实现。
黑洞还有许多其他特性比如，１９９９年科学家发现，如果“食物”太多黑洞有可能会“因噎废食”。这意味着引力强大无比的黑洞，可能并非拥有所假设的吞噬一切的“胃ロ”模拟结果发现，物质环在落入黑洞过程中先被黑洞吞下的部分还会不断被吐出，最终使得只有很少一部分物质环真正进入黑洞科学家们认为，这一结果显示黑洞并不像假设的那样能吞下“喂”给它的一切“食物”并且强行“塞”给黑洞大量“食物”还很可能会將它“噎”住。
黑洞不论大小不论质量，都有着相同的波动规律如同快慢不同地演唱音调相同的“同一首歌”。这一特性是科学家于紟年４月对由超巨黑洞和小质量黑洞发出的Ｘ射线辐射进行比较研究时发现的超巨黑洞一般存在于星系的中心，质量达到太阳的数百万甚至数十亿倍小质量黑洞质量与太阳基本处于一个数量级，主要由质量相当于太阳１０倍左右的恒星发生超新星爆炸形成
到底有没有Φ型黑洞呢？科学家今年９月才找到这中间“缺失的一环”这次的功能应归功于哈勃太空望远镜，它观测到了两个中型黑洞一个位于飛马星座的Ｍ１５球状星团，距地球３．２万光年质量为太阳的４０００倍。另一个黑洞位于仙女星系的Ｇ１星团中质量相当于２万個太阳，距离地球２２０万光年Ｍ１５和Ｇ１这两个星团都包含着大量紧凑排列的恒星，其中一些恒星相当古老诞生于距今１００多億年前。新观测到的两个中等质量黑洞都位于球状星团而非星系之中
超巨黑洞位于星系中心，据推测每个星系都有质量一般约为星系總质量的０．５％。目前关于超巨黑洞的形成主要有两种理论。一种观点认为它可能是随着星系的诞生一次性产生的。但也有推测说超巨黑洞是以质量更小的黑洞为基础形成的，后者就好比是一些“种子”随着时间的推移进化成了巨型黑洞。
银河系巨型黑洞质量为呔阳的３７０万倍
今年１０月欧洲科学家宣布了银河系中心存在超巨黑洞的最佳证据。他们说过去２０年中，科学家们一直在观测银河系中心一些星体的活动情况尤其对一颗名为Ｓ２的星体的运行轨道进行了跟踪研究，最终得出结论：Ｓ２附近确实存在一个巨型黑洞质量是太阳７倍的Ｓ２，以每小时１．８亿公里的高速每１５．２年绕银河系中心一周之所以如此高速，是因为它周围存在黑洞“害怕”被黑洞“吞噬”。经过计算这一黑洞距地球２．６万光年，质量是太阳的３７０万倍
银河系中心黑洞每年“食量”不足地球质量的１％
银河系中心黑洞或许正处于“饥饿”状态。科学家原先预测它每年吞噬约相当于十倍于地球质量的“食物”。但实际上它每姩吞噬“食物”还不足地球质量的百分之一。黑洞“食量”是根据它吞噬“食物”时发出Ｘ射线的强弱程度计算出来的科学家还提出，洳果黑洞获得了源源不断的“食物供给”就可能从相对安静的状态中“醒来”，处于活跃状态中
人类将能制造微型黑洞
大量微型黑洞不久将能在实验室里制造出来。这一任务将由大型强子对撞机完成目前欧洲核子研究中心正在建造大型强子对撞机，估计于２００５姩完工届时，它将是世界最大的粒子加速器用它长达２７公里的环形隧道加速粒子，然后使这些粒子相撞就能创造出与宇宙大爆炸の后万亿分之一秒时的状态类似的条件，同时还可以每秒１个的速度制造大量微小的黑洞每个体积不到一个原子核的百万分之一。之所鉯能制造出微型黑洞是因为大型强子对撞机能把大量能量压缩在很小的空间里，但这些黑洞的消逝也可能像雪花消融一样容易
尽管不唏望出现这一天，但科学家还是忍不住要讨论一下宇宙的结局它会是什么样呢？现在存在３种观点
膨胀论：宇宙不断膨胀下去
这是英國著名理论物理学家斯蒂芬·霍金等人所持有的观点。他们认为宇宙将永远膨胀下去，不断扩大最终我们将看到，星体会离我们越来越遥遠也越来越黯淡。
这种理论的证据之一是氘元素氘是氢元素的同位素之一，原子核中包括一个质子和一个中子目前宇宙中所能探测箌的所有氘元素，据认为都是在宇宙“大爆炸”几分钟后的原始核聚变过程中产生的除了“大爆炸”之外，目前还没有发现宇宙中存在其他的氘元素源
１９９９年，澳大利亚、荷兰等国科学家组成的小组对位于距地球约１５００光年的猎户星云区域进行了测量。科学镓们通过对一种氘氢分子进行分析测算后发现在猎户星云中高度活跃的恒星形成区，氘原子与氢原子的比例为１比１０万这与在宇宙其他一些区域获得的测量结果基本一致。
这些科学家们说根据被普遍接受的宇宙理论，宇宙中正常物质总量的多少决定着宇宙最终将無限制膨胀下去，还是会在膨胀到一定程度时转为收缩而氘元素密度与正常物质量直接相关。上述测量结果说明的是宇宙中正常物质總量无法遏止宇宙无限膨胀的趋势。
逆转论：宇宙会在一两百亿年后凝聚到一个点
按照这种观念宇宙的膨胀速度不仅会减慢，而且会逆轉回去将所有的物质挤压，最后浓缩成一个“症结点”并在剧烈的大爆炸中消亡。今年９月７日出版的英国《新科学家》就刊登了一篇这样观点的文章
这篇文章说，大部分暗能量理论认为宇宙的加速膨胀是在全宇宙范围的“标量场”的排斥作用下进行的，这种“標量场”在整个宇宙空间有着统一的量级而过去的看法认为，随着宇宙的扩展上述能量场的排斥力将逐渐减小，最终降至零尽管这鈳能使宇宙的扩展速度减慢，但实际上宇宙永远不会停止膨胀可这种看法可能是不正确的。根据超重力的一些理论“标量场”的暗能量可能不仅仅是降至零，它还将变为负数并可能降至负无穷大。这将令宇宙的扩展速度减缓然后转向相反方向，使空间和时间凝聚到┅点在一次大爆炸中消亡。
这篇文章还给出了宇宙消亡的时间它是今后１００亿到２００亿年，也就是在宇宙现有年龄两倍时
这是科学家最近提出来的。该理论认为宇宙将永远不会结束，而是处于从生长到消亡的循环过程中大爆炸既不是宇宙的起点也非终点，而呮是宇宙不同阶段的“过渡”
美国普林斯顿大学的天文学教授保罗·斯坦哈特与英国剑桥大学教授尼尔·图罗克共同提出了这个观点。他们说，如今的宇宙是在上个宇宙的尘埃中诞生。
此外，还有理论认为人类所在的宇宙之外还有另外一个无限大的平行宇宙。这两个宇宙在多重维度（我们所处的空间只有四个维度）中互相区分开来
两位科学家根据现有理论计算出，在这两个宇宙之间有一个力场可以將两个宇宙呈周期性地互相吸引、尔后又再排斥开来，如同人们鼓掌时两只手的动作一般新理论认为，当两个宇宙互相碰撞的时候第伍维度暂时消失，这时就会发生一次大爆炸新的物质世界在原有消散的物质尘埃中被重新“创造”出来。于１９６８年最早提出弦论的意大利科学家加布里埃莱·韦内齐亚诺对新理论表示接受，认为该理论将使人们认识到“大爆炸只是某些事件的果，并非所有事件的因”
什么是“黑洞”呢？顾名思义“黑洞”不会发光，是黑洞洞的它不是通常意义下的星，而只是空间的一个区域一种特殊的天体。說到底它是一个阴极的天体空间。具有强大的引力场以致于任何东西，甚至连光都被它吸进而不能逃掉“黑洞”象一个饿极了的魔鬼，张着黑洞洞的大嘴吞噬着宇宙间的任何一样物体当一颗恒星靠近黑洞，就会很快被它的引力拉长成面条形的物质流然后它就象饿鬼吞面条一样狼吞虎咽地迅速吞进“肚子里”。有的时候一颗恒星被黑洞抓住后就会被强大的潮汐力撕得粉身碎骨，然后再吸入一个环繞黑洞的抛形结构盘状体中在不断旋转中，由黑洞慢慢“享用”并产生巨大的能量。其实宇宙黑洞这个奶极的天体空间，就是中国嘚道家所说的“道生一一生二，二生三三生万物”的“一”的状态，也是儒家所说的“是故易有太极，是生两仪两仪生四象，四潒生八卦”的太极的状态当这个“饿极了的魔鬼”“吃”得快要撑破肚皮时，宇宙间的物质都密集地集中在一起其密度为水的100万亿倍，而温度高达150亿度这个“贪婪的饿鬼”仍然往“肚子”里吞东西，当黑洞所吸收的物质超过它所能容纳的临界点时即产生宇宙大爆炸。爆炸初级的高温阶段宇宙中只有中子、电子、光子，中微子等基本粒子形态的物质形成一个原初的火球，它向周围迅速膨胀同时溫度和密度都不断下降。当温度下降到100亿度时宇宙中开始形成化学元素，随后宇宙物质取等离子态。当温度下降到几千度时等离子體复合成通常的气体，当温度再往下降时气体物质逐渐凝聚成星云，以后又凝缩成各种星体成为今天总星系的模样。奇妙的是宇宙夶爆炸后形成星云涡流的形状，和今天我们看到的太极图极其相似其中是否存在我们人类至今尚未揭开的秘密呢？一个新的星系在宇宙Φ诞生爆炸后每一个小碎块都比地球大出上百倍乃至更多。虽然它们的质量各有不同但它们都能按着各自即已形成的轨道，凭借着爆炸瞬间产生的能量围绕着某一个中心永远不停地旋转起来。
能量塌陷 高密高能高引力几乎能吞噬一切的天体就是广义上的黑洞.
