一、關于黑洞的知識。

在恒星燃燒殆盡逐漸冷卻以后，它會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

像太陽這個等級的恒星，由于質量不太大，收縮到一定程度就會停止，形成白矮星。比太陽更大一點的恒星，會繼續(xù)收縮，直到所有核外電子都被壓進原子核，與質子結合，全部變成中子。這時恒星會變成一顆全部由中子組成的天體，因為被稱為中子星。

如果恒星的質量再大些，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

為什么會出現(xiàn)黑洞呢。因為我們知道，任何天體附近的物體，要逃離這個物體，條件必須是它的速度能夠對抗天體給它的引力，這個最小的速度叫逃逸速度。逃逸速度與物體受到的引力有關。一般而言，一個天體的質量是一定的，在距離它的引力中心——也就是這個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。如果一個天體質量足夠大，而它的半徑又足夠小，那么就可能導致它表面的逃逸速度達到甚至超過光速。我們知道光是宇宙中走得越快的東西，如果逃離一個天體所需的逃逸速度大于光速，那么就意味著宇宙中沒有任何物體能夠從這個天體附近逃離。

而黑洞就是這樣的一個天體。黑洞的表面稱為“視界”，但這個“視界”并不是形成黑洞的那個天體真正的表面，那個天體的表面早就已經(jīng)越過了“視界”，收縮到“視界”里面去了。實際上，這個“視界”就是物體逃離黑洞所需的逃逸速度等于光速的那個點，也就是說，一旦進入“視界”，就連光子也逃不出來的。正因為光子逃不出來所以黑洞看上去是完全“黑暗”的，這正是它被稱為“黑洞”的原因，而“視界”的名字也來源于此——它是看得見的世界的界限，物體一旦越過它，就再不會被看見了

二、黑洞是怎樣的

從物理學中解釋，黑洞其實也是個星球,只不過它的密度極大, 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)。對于地球來說，以第二宇宙速度來飛行就可以逃離地球，但是對于黑洞來說，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，于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，只是黑色一片。

黑洞廣義相對論預言的一種特別致密的暗天體[1]。大質量恒星在其演化末期發(fā)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于包括光子在內的任何物質只能進去而無法逃脫。形成黑洞的星核質量下限約3倍太陽質量，當然，這是最后的星核質量，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于宇宙早期，而所謂超大質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，只能通過受其影響的周圍物體來間接了解黑洞。雖然這么說，但黑洞還是有它的邊界，即＂事件視界（視界）＂．據(jù)猜測，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特殊的大質量超巨星坍縮時產(chǎn)生的。另外，黑洞必須是一顆質量大于錢德拉塞卡極限的恒星演化到末期而形成的，質量小于錢德拉塞卡極限的恒星是無法形成黑洞的。《時間簡史》

三、黑洞內部的物質以怎樣的形式存在

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

假設有一個黑洞，其引力質量為M，在與這個黑洞距離為R。的位置上，有一個引力質量為m。的物體A，設黑洞的引力質量M為太陽引力質量的100億倍，已知太陽的引力質量（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

假設物體A在高速運動時，物體A的慣性質量mg和它的引力質量my都隨物體A運動速度的增大而增大，慣性質量mg總是和它的引力質量my相等，由于在黑洞這樣的強引力場環(huán)境下，物體A所受到的黑洞的引力要采用愛因斯坦廣義相對論的引力場方程進行計算，我們假設黑洞是一個球對稱分布的天體，它產(chǎn)生球對稱分布的引力場 ，并且只考慮物體A沿徑向的運動，這樣我們可以得到愛因斯坦廣義相對論引力場方程的史瓦西外部解的時空線元為：

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

這里s代表物體A在t時刻的運動距離,s’’代表s的二階導數(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，下圖為物體A運動的速度曲線。從上面的圖形中可以看出，當物體A即將與黑洞相撞時，物體A的運動速度最終達到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，當物體在高速運動時，如果我們認為它的慣性質量mg和它的引力質量my都隨物體運動速度的增大而增大，慣性質量mg總是和它的引力質量my相等，則物體在巨大的引力作用下，其運動速度將會超過光速。

采用前面matlab數(shù)字仿真模型，通過對質量為100倍太陽質量到100億倍太陽質量的黑洞的仿真計算（相應的仿真時間設置為558700到100）得知，當物體在黑洞引力作用下向黑洞運動時，不管黑洞的質量大小如何，當物體進入黑洞的視界后，就會出現(xiàn)上面討論的情形。即如果假設物體的慣性質量mg總是和它的引力質量my相等，當物體進入黑洞的視界后，其運動速度將會超過光速，這時物體將會以超過光速的速度運動。超光速運動的物體，運動速度越快，其質量不會增大，反而會減少，并且物體會向外輸出能量，這時物體會以這種形式不斷將物質轉換成能量。

通過上面的討論，我們可以得出如下結論，進入黑洞視界的物體，由于它會以超過光速的速度運動，所以物體會不斷地將自身物質轉換成能量，因此黑洞視界內的物質是以能量的形式存在的。同時這些能量又會將其所處的時空進一步彎曲，從而黑洞中的能量又會轉換成以彎曲時空的形式存在。因此，在黑洞中，一切進入黑洞的物質都會轉換成能量，能量又會轉換成彎曲的時空，最終以極度彎曲的時空形式存在，并且極度彎曲的時空會對外展示出巨大的引力。

因此，所謂黑洞，就是一個時空極度彎曲的區(qū)域，這個時空極度彎曲的區(qū)域本身具有及其巨大的能量，所以彎曲的時空具有物質的屬性，同時對外展示出巨大的引力，并且一切進入黑洞的物質最終都會轉換成極度彎曲的時空，最終以極度彎曲的時空形式存在。

因此物質與時空是可以相互轉換的，“物質不滅定律”也不是絕對的。在黑洞中，物質通過使時空彎曲，可以轉換成彎曲的時空，彎曲的時空如果展平的話，也會釋放出物質來，所以在一定的條件下，物質是可以消失的，并以彎曲的時空形式存在。在黑洞中，物質最終就是以極度彎曲的時空這個形式存在的。

由此我們可以進一步推論出，占宇宙全部物質95%的暗物質和暗能量很可能就是宇宙中存在的彎曲的時空區(qū)域。