在一些人頭腦中，認為黑洞很“黑”，因此看不見；暗物質(zhì)很“暗”，也是看不見。既然這樣，它們不就是一回事了？看不見似乎成了暗物質(zhì)和黑洞的一個共同特點。

這是一個常見的認識誤區(qū)。其實黑洞和暗物質(zhì)是完全不同性質(zhì)的兩個事物，它們從來源、生成條件、表現(xiàn)方式、作用機制都是不一樣的。下面我們就一起來討論和認識一下這兩個事物。

先說說黑洞形成的條件。

黑洞是巨大質(zhì)量的天體，在自身極端的引力壓力下，物質(zhì)無法支撐可見的存在形態(tài)，被壓縮成比基本粒子還小，最后成為無形質(zhì)量，并無限坍縮到核心那個無限小奇點上。奇點具有“四個無限”性質(zhì)，即體積無限小、密度無限大、溫度無限高、曲率無限大。

黑洞的解是著名的物理學家、天文學家卡爾·史瓦西在1916年發(fā)現(xiàn)的，他在愛因斯坦剛發(fā)表的廣義相對論場論基礎(chǔ)上，得到了一個重力場的精確解，即任何具有質(zhì)量的物體，都有自己的史瓦西半徑，這是一個球狀對稱空間。

史瓦西半徑的計算公式為：R=2MG/c^2。R就是史瓦西半徑，M為物體質(zhì)量，G為引力常量，c為光速。這個公式的含義是，不管這個物體有多大，一旦被巨大力量壓縮到自己質(zhì)量的史瓦西半徑以內(nèi)，就會成為一個黑洞，中心是具有“四個無限”特點的奇點，奇點周圍會形成一個以史瓦西半徑為界的球形空間，這個空間有無限曲率，任何物質(zhì)進入這個范圍都會被吃掉，消弭于無形的奇點里，光也無法逃逸。

這個球形的史瓦西半徑有多大呢？太陽質(zhì)量為1.9891*10^30kg，根據(jù)公式計算其史瓦西半徑約3000m（米）；地球質(zhì)量為5.965*10^24kg，史瓦西半徑只有約9mm（毫米）。就是太陽這個半徑約70萬km的球，如果被壓縮到只有3km半徑這么大，地球這個半徑6371km的球，壓縮到半徑9mm這么大，就會成為一個黑洞。

質(zhì)量再小的原子、質(zhì)子、中子、電子，都有史瓦西半徑，理論上，把它們壓縮進自己的史瓦西半徑里，都會變成一個微型黑洞。但目前人類發(fā)現(xiàn)的黑洞，都是在自然條件下形成的，而且都是大質(zhì)量天體形成的，最小質(zhì)量的黑洞約為太陽質(zhì)量的3倍。

既然黑洞是“黑的”，為啥還能發(fā)現(xiàn)呢？

黑洞的“黑”不是我們通常認為那種“伸手不見五指”的黑，而是完全“沒有”的黑，就像不存在一樣，因為光都被它“吃了”。既然如此，為什么還能夠被科學家發(fā)現(xiàn)呢？這是因為黑洞雖然隱形了，但其自身“氣場”太大了，實體隱形了，但“氣場”隱不了。

這個“氣場”就是黑洞的電荷、質(zhì)量、角動量。根據(jù)愛因斯坦場論，質(zhì)量會導致時空彎曲，也就是形成引力，黑洞不見了，但它巨大的引力依然存在于宇宙空間，由于黑洞體積很小，靠近黑洞的天體或任何物質(zhì)，都會被其強大的引力所捕獲，漸漸吃掉。

這樣就會在黑洞周圍形成一個吸積盤，所有天體物質(zhì)都被黑洞的角動量帶著旋轉(zhuǎn)，越靠近的物質(zhì)旋轉(zhuǎn)就越快，在黑洞史瓦西半徑的交界處，旋轉(zhuǎn)速度甚至接近光速。物質(zhì)在這種極速的碰撞中，迸發(fā)出巨大的能量，發(fā)出耀眼的光芒，不但發(fā)出可見光，還會迸發(fā)出能量射線，如紫外線、X射線、γ射線等，這些可見光和不可見光都會被望遠鏡和相應的科學儀器所捕捉，因此黑洞就現(xiàn)形了。

黑洞巨大引力的存在，還會對周邊的天體造成擾動，通過觀測周邊天體奇怪的運行軌跡，即便沒有吸積盤的黑洞，也會被發(fā)現(xiàn)。如距離我們只有1000光年的HR 6819三星系統(tǒng)（上圖），就是通過兩顆運行軌跡奇異的恒星發(fā)現(xiàn)的。這兩顆恒星圍繞著一個看不見空間繞著圈子，經(jīng)過長期觀測計算，科學家最終得出結(jié)論，中間是一顆具有4倍太陽質(zhì)量的黑洞牽扯著這“兩兄弟”。

再來說說暗物質(zhì)。

最早提出暗物質(zhì)可能存在的是荷蘭物理學家雅各布斯·卡普坦?？茖W家們通過大量的天文觀測，發(fā)現(xiàn)大尺度天體運動似乎是違反了牛頓萬有引力定律，比如星系團的星系質(zhì)量總和，產(chǎn)生的引力根本無法束縛這些星系形成一個這樣的星系團，按照萬有引力定律，這些星系將會四分五裂一盤散沙。

是什么力量讓這些星系維持著一個有序的抱團狀態(tài)呢？是牛頓錯了呢，還是這個世界還存在看不見沒發(fā)現(xiàn)的東西？經(jīng)過大量的觀測研究，科學家們傾向于牛頓沒錯，還是有些東西沒被發(fā)現(xiàn)，或者說無法觀測，人們就把這種觀測不到的物質(zhì)命名為“暗物質(zhì)”。

經(jīng)過測算，這種暗物質(zhì)占宇宙全部物質(zhì)總量的85%，也就是說，我們宇宙中可以看見的物質(zhì)只占5%，看不見的物質(zhì)占85%。只有這樣，才能夠符合牛頓萬有引力定律?，F(xiàn)在，科學界精確計算出宇宙總質(zhì)能包括68.3%的暗能量，26.8%的暗物質(zhì)，4.9%的可見物質(zhì)。

通過對宇宙各個方向的星系團觀測計算表明，只要將暗能量比例代入計算，牛頓的萬有引力定律又回來了，準確了。由此可以認為，牛頓沒有錯。在這廣袤的宇宙空間，的的確確存在著一種神秘物質(zhì)，不但不被我們的視網(wǎng)膜所感知，對迄今為止的任何射電射線望遠鏡和科學儀器都不感知。

暗物質(zhì)存在的間接證據(jù)。

既然人類目前無法通過任何儀器找到“暗物質(zhì)”，有哪些證據(jù)證明暗物質(zhì)存在呢？

暗物質(zhì)最主要的作用，還是質(zhì)量和引力。在我們看不見的空間，到處都存在著暗物質(zhì)，這些暗物質(zhì)具有質(zhì)量，而引力是質(zhì)量的基本屬性，凡有質(zhì)量的東西都具有引力，因此暗物質(zhì)的引力無處不在。正是暗物質(zhì)作用，才使各種天體能夠形成，并且能夠聚集成團，以致形成整個宇宙大尺度結(jié)構(gòu)。可以說沒有暗物質(zhì)，就沒有今天的宇宙，也沒有你我的存在。

由于暗物質(zhì)不參與電磁相互作用，而且與光子相互作用也非常微弱，因此暗物質(zhì)不發(fā)光，我們無法看到；暗物質(zhì)也不參與強相互作用，否則宇宙最開始核子的合成就會受到擾動，現(xiàn)在的宇宙元素組成就不會是這個樣子了。

很可能在宇宙大爆發(fā)不久，暗物質(zhì)就存在了，100多億年來一直影響著宇宙的形成和演化，因此暗物質(zhì)存在是穩(wěn)定的。通過計算機建模模擬，暗物質(zhì)的運動速度遠遠低于光速，否則宇宙無法在引力作用下形成如今的大尺度結(jié)構(gòu)，因此暗物質(zhì)又被稱為“冷暗物質(zhì)”。

這些暗物質(zhì)存在的證據(jù)，都是間接得出的，至今人們并沒有觀測到暗物質(zhì)到底是什么樣子，有多大和什么樣的結(jié)構(gòu)。

暗物質(zhì)的蛛絲馬跡。

曾經(jīng)有人認為中微子是暗物質(zhì)，事實上中微子也有諸多性質(zhì)和暗物質(zhì)差不多，比如，都無法被直接觀測到。但中微子有兩點與“冷暗物質(zhì)”不同，其一就是其以接近光速運行，因此被稱為“熱暗物質(zhì)”；其二，中微子整體質(zhì)量遠遠不足以支撐整個宇宙的引力，只占宇宙總量的約0.0034%。

現(xiàn)在，人們在千米深的地底下建造了很多設(shè)施，也發(fā)射了許多探測器和衛(wèi)星，還在大型對撞機里面做了很多實驗，通過這種立體方式布下天羅地網(wǎng)，企圖找到暗物質(zhì)的蛛絲馬跡，但迄今為止還幾乎沒找到一例直接證據(jù)，這個“幽靈”到底啥模樣，能否揭開還是個未知數(shù)。

現(xiàn)在，我們可以看看黑洞和暗物質(zhì)有哪些不同。

首先，它們存在的形式是不一樣的。黑洞一般是局部存在的形式，是單個的天體，影響范圍只是一個區(qū)域；暗物質(zhì)是彌漫性存在的，遍布宇宙每一個角落，影響范圍是大尺度天體結(jié)構(gòu)，在單個天體系統(tǒng)無法測量其存在。

其次，它們的隱身方法是不一樣的。黑洞只是隱藏在某一個角落，但掩蓋不住自己的“氣場”，對周圍天體物質(zhì)會產(chǎn)生可觀測的影響，甚至轟轟烈烈的吞噬，因此較容易被發(fā)現(xiàn)；暗物質(zhì)的影響是大尺度難以確定范圍的，而且是鋪天蓋地潤物細無聲的滲透，小尺度上可以忽略不計，但在整個宇宙，所有可見物質(zhì)都無法逃脫其控制。

因此，這兩種存在，一個是微觀，一個是宏觀。雖然都可以間接觀測，但對黑洞的觀測是可以形象看得見的觀測，而對暗物質(zhì)是只可意會，不可言傳，主要是通過數(shù)理建模，邏輯運算得出的結(jié)果。

通過這個分析，大家應該明白了黑洞和暗物質(zhì)的區(qū)別吧，不會再認為黑洞就是暗物質(zhì)了吧？如能夠為你解惑，是時空通訊莫大的榮幸。如喜歡就給個關(guān)注和點贊吧，謝謝閱讀，歡迎討論。


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