发现中微子第三种振荡 五、黑洞及其他问题

五、黑洞及其他问题

26.黑洞理论的两个原则问题

(一)黑洞引力大在表面

若问宇宙中什么天体的引力最大，人们会异口同声地说是黑洞，并且认为黑洞所能影响的空间范围引力都是极大的。黑洞若有的话应该是质量大于太阳若干倍的恒星耗完能量后引力收缩而成的致密天体，它变黑洞时若发生爆炸抛出物质，质量要小于原恒星，但体积变小能使区域引力发生变化。黑洞的引力（严格说是引力场强）大在何处？不是大在离开黑洞至无限远处的整个区域，而是大在黑洞本身。黑洞的引力的变化是随距离增大按距离平方反比减小，因而引力最大处在黑洞表面，黑洞对较远的天体并不保持力大无穷。

天体之间的作用都要遵循万有引力定律，黑洞若存在一定是球状天体，它与别天体的作用当然要服从万有引力定律。尽管黑洞体形小但也有体积，若说黑洞是个无大小的奇点，那就不是天体了。引力定律用于天体间引力和运动的计算，要假设天体为质点。质点就是为研究方便而忽略物体的外形及尺度的一个抽象的质量点，也就相当于物体的全部质量集中于一个不论大小的数学点上，天体的对外引力也就表现在这个既抽象又实在的质点上。质点是天体体积缩小的极端，黑洞前身原恒星质点比黑洞要小得多，其质量比黑洞质量更集中。因此，黑洞的引力巨大，不能大于原恒星质点的引力；在原恒星轮廓外的空间里，黑洞的引力不能大于原恒星的引力。这里要说明天体的引力计算不在质点附近，而在两天体之间的距离上，黑洞也是如此。

以太阳对地球的引力来说，太阳的引力可表示为太阳质点对地球质点的引力，两个质点的引力都是表面轮廓外的引力。假设太阳在某一天坍缩成黑洞，它对地球的引力并不能变大，将还是原先的太阳引力，因为太阳的体积再缩小也不能小于质点，而且质量没有变大。相对论计算太阳的黑洞半径约3千米，半径3千米的黑洞与半径70万千米的太阳相比，这个黑洞表面的引力比太阳的表面引力要大得多，但黑洞到原太阳半径距离处的引力与太阳表面的引力还是一样大小。因此，假设太阳能变为黑洞，太阳的体积极端缩小，太阳系的体积不会与太阳同时缩小，太阳系的行星运转依旧，还是遵循原来的运动状态和趋势，除非原来行星在逐渐接近太阳终归要合并一体，各天体根本不会被吸引到这个黑洞中去。

某恒星质量无损耗地变为一个黑洞，此天体的引力要有变化，但只能是这个黑洞表面附近的引力变大，不会有原恒星引力范围的引力都变大。恒星变黑洞后引力变化只在原恒星轮廓范围内的黑洞内外空间中：从原恒星表面距离向内直到现黑洞表面处引力逐渐增大至最大，从黑洞表面到黑洞中心引力逐渐减小直至为零（黑洞内部引力是自身的引力不是对外的引力）；从黑洞中心到原恒星表面距离上，黑洞的引力与原恒星表面引力相等；黑洞的原恒星表面外的引力与原恒星引力相同。以上分析表明，黑洞的引力强大只在黑洞表面外到原恒星表面范围内，黑洞大于原恒星体积外的空间引力场，还是等于原恒星引力场。原恒星轮廓范围小天体被黑洞吸引撞上黑洞该大势所趋，因为以原恒星衡量小天体早已撞入恒星内部。一个外来天体在某一距离内不能被恒星吸引撞到恒星上，此恒星变为黑洞也不能把与先前的天体吸引撞到黑洞上。

有关黑洞的描述都说黑洞有巨大的引力，均是将黑洞表面的引力当作黑洞远距离的引力，视引力因黑洞而特殊，忽略了黑洞表面外的引力同样是非线性递减的规律，走入黑洞在大区域内仍有巨大引力的认识误区。正确认识黑洞引力的变化，不随意说黑洞的引力巨大，有利于让读者正确理解黑洞。由于黑洞到原恒星轮廓以外的引力仍等于原恒星对外的引力，原恒星没有吸引来别天体或大量吸积别天体气体便不能打乱星系的秩序，这个恒星变为黑洞时也不能影响天体系统的秩序。若真有黑洞这样的引力坍缩大质量天体，它也不是吞噬一切天体的恶魔，它不能把星系甚至宇宙变为一个更大的终极黑洞。