宇宙中的黑洞實際上也是存在在宇宙中的一個無底洞,黑洞在我們這個宇宙中吞噬物質(zhì),而在另一個宇宙中拋出物質(zhì),所以黑洞在另一個宇宙中就是白洞,在黑洞的周圍,是一個無法偵測的事件視界,標志著無法返回的臨界點。
黑洞只有三個物理量可以測量到:質(zhì)量、電荷、角動量。也就是說:對于一個黑洞,一旦這三個物理量確定下來了,這個黑洞的特性也就唯一地確定了,這稱為黑洞的無毛定理,或稱作黑洞的唯一性定理。但是這個定理卻只是限制了經(jīng)典理論,沒有否認可能有其他量子荷的存在,所以黑洞可以和大域單極或是宇宙弦共同存在,而帶有大域量子荷。
質(zhì)量
黑洞是由大于太陽質(zhì)量的3.2倍的天體發(fā)生引力坍塌后形成的(小于1.4個太陽質(zhì)量的恒星,會變成白矮星)。
天文學的觀測表明,在很多星系的中心,包括銀河系,都存在超過太陽質(zhì)量上億倍的超大質(zhì)量黑洞。
尺寸
愛因斯坦的廣義相對論預測有黑洞解。其中最簡單的球?qū)ΨQ解為史瓦西度量。這是由卡爾·史瓦西于1915年發(fā)現(xiàn)的愛因斯坦方程的解。根據(jù)史瓦西解,如果一個重力天體的半徑小于一個特定值,天體將會發(fā)生坍塌,這個半徑就叫做史瓦西半徑。在這個半徑以下的天體,其中的時空嚴重彎曲,從而使其發(fā)射的所有射線,無論是來自什么方向的,都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出在任何慣性座標中,物質(zhì)的速率都不可能超越真空中的光速,在史瓦西半徑以下的天體的任何物質(zhì),包括重力天體的組成物質(zhì)——都將塌陷于中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點(gravitational singularity)。由于在史瓦西半徑內(nèi)連光線都不能逃出黑洞,所以一個典型的黑洞確實是絕對“黑”的。
史瓦西半徑由下面式子給出:
G是萬有引力常數(shù),M是天體的質(zhì)量,c是光速。對于一個與地球質(zhì)量相等的天體,其史瓦西半徑僅有9毫米。
史瓦西半徑只是某一種黑洞的半徑,指的是無自轉(zhuǎn),無磁場的黑洞,不能泛泛的說所有黑洞的直徑為史瓦西半徑,而且在現(xiàn)實中,不存在這樣的黑洞,擁有史瓦西半徑的黑洞只是一個理論假設(shè)。
溫度
黑洞越大,溫度越低
就輻射譜而言,黑洞與有溫度的物體完全一樣,而黑洞所對應的溫度,則正比于黑洞視界的重力強度。換句話說,黑洞的溫度取決于它的大小。若黑洞只比太陽的幾倍重,它的溫度大約只比絕對零度高出億分之一度,而更大的黑洞溫度甚至更低。因此這類黑洞所發(fā)出的量子輻射,一律會被大爆炸所留下的2.7度輻射(宇宙背景輻射)完全淹沒。
事件視界
事件視界又稱為黑洞的視界,事件視界以外的觀察者無法利用任何物理方法獲得事件視界以內(nèi)的任何事件的資訊,或者受到事件視界以內(nèi)事件的影響。事件視界是造成黑洞所以被稱為黑洞的根本原因,不過實際的觀測還沒有發(fā)現(xiàn)事件視界。
光子球
光子球是個零厚度的球狀邊界,光子只要切線闖入這個邊界內(nèi),雖然不一定會被黑洞所捕獲,但是會處在一個圓形的軌道里面,無法逃脫黑洞的視界之外。對于非旋轉(zhuǎn)的黑洞來說,光子球大約史瓦西半徑的一點五倍。這個軌道不是穩(wěn)定的,隨時會因為黑洞的成長而變動。 光子球之內(nèi)光子依然有辦法脫離,但是對于外部的觀察者來說,任何觀察的到的由黑洞發(fā)出的光子,都必須處于事件視界與光子球之間。這也是反對黑洞存在的人所依據(jù)的的強烈反對事實之一,透過觀察光子球的光子能量,無法找到事件視界存在的證據(jù)。