在胡桃裡的宇宙這本書中提到黑洞的形成,1783年劍橋米契爾提出解釋:假如你垂直的發射一枚砲彈,由於重力的關係,炮彈上升的速度會愈來愈慢,最後停止上升而開始墜落.然而如果上升的速度大於"脫離速度"的臨界值,重力就無法讓炮彈停止,最後炮彈一定會飛走.地球的脫離速度每秒約11公里,太陽的脫離速度每秒約618公里.因為光速每秒為30萬公里,所以光線可以毫無困難的脫離地球或太陽.但是太空中有可能有比太陽重很多倍的恆星,它們的脫速度可能大於光速,它們發出去的光線都被自己的重力拉回去了,這是米契爾所謂的"暗恆星",也就我們現在說的黑洞.那我們如何偵測黑洞呢?由於重力的作用,黑洞仍然會吸引鄰近的天體,就像尚未塌縮時一樣.假使太陽變成一個黑洞,而質量卻保持不變,那麼九大行星仍將繞著它運行,和現在一模一樣.所以尋找黑洞的方法之一就是尋找一些似乎環繞著隱形重型天體的物質.
假如有對粒子在黑洞附近,其中一個就有可能掉進黑洞,而讓另一個逃到無限遠的地方,對於距離很遠的觀察者,逃離的粒子就像是從黑洞輻射出來,就輻射譜而言,黑洞與有溫度的物體完全一樣,黑洞所對應的溫度和黑洞大小呈正比.若黑洞是太陽的幾倍重,它的溫度大約只比絕對零度高出億分之一度,而更大的黑洞溫度更低.
當重恆星用盡內部的核燃料後,就會開始降溫並收縮,此時周圍時空彎曲得太厲害,因此會形成連光線都逃不掉的黑洞.在黑洞的內部,連時間也會終止.對一名掉進黑洞的太空人而言,他自己的時間將會終止.
在相對論中,每個觀測者都有自己的主觀時間,就會導致"孿生子弔詭":孿生子的哥哥以接近光速進行太空旅行,而他的弟弟則留在地球上.在滯留地球的弟弟看來,哥哥的太空船因為在運動,所以上面的時間過得比較慢;因此當哥哥回來的時候,會發現弟弟變得比自己老很多.雖然有違直覺,但實驗顯示,運動中的孿生子的確會比較年輕.
天文 (2)