黑洞
黑洞（ black hole ），广义相对论所预言的一种特殊天体。
基本特征
具有一个封闭的视界。视界就是黑洞的边界，外来的物质和辐射可进入视界内，并被撕碎和高度凝聚；而视界内的任何物质和辐射都无法跑到外面。黑洞的引力和潮汐力异常巨大。
理论预言
1798年，P.-S.拉普拉斯曾根据牛顿引力理论预言存在一种类似于黑洞的天体。他的计算结果是，一个直径比太阳大250倍而密度与地球相当的恒星，其引力场足以捕获它所发出的所有光线，而成为暗天体。1939年，J.R.奥本海默等根据广义相对论证明，一个无压的尘埃球体，在自引力作用下将能坍缩到它的引力半径的范围以内。引力半径rg=2GM/c2。式中G为万有引力常数，c为光速，M为球体的总质量。一个太阳质量的恒星其引力半径约为2.96千米。当物质球坍缩到半径为rg，这个球体所发射的光线或其他任何粒子，都不能逃到rg球以外，这就形成黑洞。对晚期致密恒星的研究证明，存在一临界质量Mc。一个大质量恒星在引力坍缩后，如果其留下的致密星体质量M＞Mc，它就不可能有任何稳定的平衡态，而只能形成黑洞。理论计算表明，Mc的大小约为3.2个太阳质量。形成黑洞以前的恒星物质可有各种不同的属性，但它一旦形成稳定的黑洞以后，其所有的属性几乎都不再能被观测到。黑洞的性质只要用三个参数就可完全表征。这三个参数是质量M、角动量J和电荷Q。这表明黑洞对外仅有引力和电磁力两种相互作用。黑洞的磁矩可用m= QJ/M来表征。当J= Q = 0时是球对称的史瓦西黑洞；当Q = 0时是轴对称的克尔黑洞。黑洞的一个重要物理参量是它的视界的面积A，其值为（在c= G = 1单位系）：
A=8π[ M2+ M（ M2− a2− Q2）1/2− Q2/2]
式中 a= J/ M。 A的基本性质是， 黑洞的演化过程（如通过与物质相互作用，或 黑洞之间的相互作用）中，它的面积总不减少，这称为 面积不减定理。它是物质只能进入 黑洞而不能跑出 黑洞这一特性的定量表述。面积不减定理类似于 热力学中的孤立系 熵不减原理。因此， 黑洞的面积相当于 黑洞的熵。在这个基础上建立了 黑洞热力学。 黑洞热力学的一个结论是， 黑洞具有一定的温度，其值与 黑洞的质量成反比。1974年， S.W.霍金证明，如果考虑到 黑洞周围空间中的量子涨落，则 黑洞的确具有与它的温度相对应的热辐射。计及量子效应后， 黑洞不再是完全“黑”的了，它也会发射，甚至出现剧烈的爆发。
类别
黑洞按其体积可分为大、中、小三类。很多证据表明，中型黑洞是大质量恒星在生命终结时，经历爆发、内陷和坍缩后留下的，它是恒星晚期演化的一种归宿。而大型黑洞则存在于很多星系的核心中，包括银河系。小黑洞是一种原初黑洞，可能形成于宇宙早期。寻找黑洞是相对论天体物理学的重要课题。完全孤立的黑洞难于观测，因为它们不发射光或任何形式的辐射，只能根据它与其周边物质相互作用时产生的各种效应来预测其存在。最初着重于在双星体系中搜寻和证认黑洞，并认为最有可能是黑洞的天体是天鹅座X−1。天鹅座X−1是密近双星中的一个星体。它所发射的X射线没有规则的脉冲结构，但却具有极短时标的脉动涨落，脉动时标达几毫秒范围。这种亮度极快的随机振荡与灼热气体从吸积盘进入黑洞时的辐射特征相符。而且，它的质量大于5.5太阳质量，超过了中子星的临界质量，因此它很可能是个黑洞。另外，观测还表明，在椭圆星系M87的核心，可能有质量为9×109太阳质量的大型黑洞。M87的特征是：在核心处有异常的亮度分布，颜色较蓝，并有一股气尘状物质流。这些都可用黑洞模型很好说明。
观测
近年来在黑洞的观测搜寻上，哈勃空间望远镜和钱德拉X射线探测卫星起了重要作用，作出了系列贡献。到2003年底，认为最可能是黑洞的候选者约有33个，其中星系级黑洞约11个，它们的质量可由2×106～109太阳质量的量级。而恒星级黑洞几乎全部是双星系统中的X射线源。按照大爆炸宇宙学，在宇宙早期可能形成一些小质量黑洞，一个质量为1015克的黑洞空间尺度只有10−13厘米左右（相当于原子核的大小）。小黑洞的温度很高，有很强的发射。有一种模型认为，高能天体物理研究中所发现的一些高能爆发过程，也许就是由这些原初小黑洞的发射及其最终的爆发引起的。
黑洞的研究现已得到人们越来越多的关注和参与。作为相对论天体物理学分支的黑洞物理学，也有长足的发展。天文学家已习惯于把当前物理学难于说明的一些高能天体现象都归之于黑洞引起，并建立了相对简洁、完美的模型，这就更加促使对黑洞的重视。但严格来说，黑洞还尚未被真正“观测到”，它的很多疑团还有待人们进一步揭示。
