时空中的无底深渊、深藏不露的引力陷阱……在史蒂芬·霍金的科学名著《时间简史》中，黑洞是宇宙中最为神秘的天体之一——宇宙“引力怪兽”黑洞具有强大的吸力，远看就像一个一望无尽的黑色深渊，会将周围所有的东西都吸引进去，甚至能够吞噬行星，撕碎太阳系。连光都不能在黑洞处存在，一照射进去就会瞬间被吞没只有一片漆黑。
近日，一个爆炸性的重大消息轰动了全球天文界——在全球多地同步发布了人类首次拍摄的黑洞照片引发巨大热议。
1795年，法国数学家拉普拉斯在通过计算得出：如果天体的质量非常大时，根据牛顿万有引力定律，其引力将极其大，以至于光也不能从这样的天体上射到外部空间去。外部的人就看不到它，则该天体是“黑的”。
1915年，爱因斯坦提出真正“预见”黑洞的广义相对论，预言存在黑洞这样一种天体，他认为，“黑洞就像沉浸在一片类似发光气体的明亮区域内，我们预期黑洞会形成一个类似阴影的黑暗区域”。
1916年，德国天文学家史瓦西发现所有的星体都存在一个史瓦西半径，如果星体的实际半径比它的史瓦西半径要小，那么它就会变成一个黑洞。比如，太阳的史瓦西半径是3000米。
1939年，奥本海默和他的研究生斯奈德用广义相对论分析了气体球塌缩后得出结论，认为在宇宙中是有“暗星”存在的，但“黑洞”一词作为物理学名词是由美国天体物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒1967年正式提出的，此后，科学界不断收获关于黑洞的研究成果。在此之前，人们是用暗星、冻结星、坍缩星这类名词来称呼“黑洞”的。
1970年，美国的“自由”号人造卫星发现位于天鹅座X-1上一个比太阳重30多倍的巨大星球，被一个重约10个太阳的看不见的物体牵引着。天文学家一致认为这个物体就是黑洞，这是人类发现的第一个黑洞。
1974年，英国物理学家霍金证明黑洞具有与其温度相对应的热辐射，称为“黑洞辐射”。黑洞的质量越大，温度越低，辐射过程就越慢。
2019年4月10日，人类首张黑洞照片“冲洗”完成，这一神秘天体终于被人类看到了真容——数百名科学家参与合作的“事件视界望远镜（EHT）”项目发布了人类拍到的首张黑洞照片。该黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞。该黑洞距离地球5500万光年，质量为太阳的65亿倍。
近年来随着人们对宇宙发展研究的深入，当质量较小的恒星演化形成的最终产物——白矮星、中子星已被证实在宇宙中存在时。那么大质量的恒星在演化过程中形成的最终产物——黑洞在宇宙中也应该存在，但因为任何物质和光进入黑洞，就再也无法从其内逃脱出来，致使观测者无法通过实验直接观看到它。
既然黑洞存在，则它的对称物——白洞也就应该存在，银河系大约有1千亿颗可见恒星，在宇宙中存在着更多的恒星，其中许多已经死亡，研究黑洞、白洞对解决宇宙中大质量恒星的最终归宿问题有着重要意义。
黑洞是大型恒星衍变到后期的结果，经过膨胀、坍缩，其内部压力变得极为庞大，密度可以达到每立方厘米的质量几十亿吨，而且几乎所有质量都集中在最中心的“奇点”处。这样庞大的密度导致在黑洞周围的一定区域内，连光也无法逃逸出去，这个边界称为“事件视界”。而没有光，人类也就无法看见黑洞。
人类要认识恒星级黑洞的形成过程，就应先认识恒星的演化过程，在恒星的演化过程中，恒星通过内部氢→氦聚变放出大量的能量，形成主序星，由于氢、氦燃料不断燃烧，在演化晚期，氢、氦燃料消耗完后，恒星会在其自身引力的作用下不断收缩，其核心密度越来越大，引力越来越强，最终变成为高度压缩状态。
按恒星质量的大小，最终坍缩成白矮星、中子星或黑洞。自身质量较小的恒星会演化形成白矮星、中子星，自身质量较大的恒星会形成黑洞，所以恒星最终是形成黑洞，还是白矮星或中子星，取决于恒星质量的大小，
当恒星的质量小于或等于1.2～1.4倍的太阳质量时，在恒星中产生的费米电子简并压力能够与恒星的自身引力抗衡，这样就阻止了恒星的进一步坍缩，并最终演化成白矮星。
质量再大一些的恒星，即质量大于1.2～1.4倍太阳的质量，由于恒星自身质量越大，其引力也越大，恒星中产生的费米电子简并压力已不能与恒星的自身引力抗衡了，从而引起恒星的进一步坍缩，并使超新星爆发向外喷发大量物质和辐射，剩余的密度极高的核将电子吸入原子核，并与核中的质子结合成中子，此时恒星的残余物质就主要由中子组成，而恒星中由中子产生的中子简并压远大于费米电子简并压，这时中子简并压力又能够平衡恒星自身的引力收缩，这样恒星就演化成密度为几亿t／cm³的中子星。
当恒星的质量大于3倍的太阳的质量时，因恒星自身引力的进一步加大，导致中子简并压力不能与引力抗衡，这时在已知的物理学范畴内已找不到一种力可以和坍缩引力抗衡，收缩将不可阻挡，星体将在不到1s内迅速坍缩到施瓦西半径之内，这时恒星就演化成体积无限小而密度“无限大”的奇态星体。其周围存在着极其强的引力场，致使时空极度弯曲、时间无限膨胀而形成一个黑洞。
科学家认为，并不是质量超过3倍太阳质量的主序星就能够演化成黑洞，据估计只有当主序星的质量达到20倍太阳的质量以上才能演化成黑洞，因为主序星在形成黑洞时也有激烈的超新星爆发，最后剩余的致密核心残骸才是形成黑洞的物质。
目前关于超大质量黑洞形成原因的说法有很多，比如形成于大量恒星致密聚集的一个区域，或由一些恒星形成的小黑洞融合而成等等，其具体形成原因还有待进一步 探索 。
那么黑洞有多大呢？根据施瓦西黑洞半径公式RS=2GM/C2(RS为史瓦西半径，G是万有引力常数，M是天体的质量，C是光速。用这个公式，对于一个与地球质量相等的天体，其史瓦西半径仅有9mm，而太阳的史瓦西半径约为3km。在公式中，G和C都是常数，RS与质量成正比，而且和天体的组成元素也毫无关系，从这样的关系可以看出，质量增加一倍，半径增加一倍，显而易见，这里出现了几何问题。对于一个球体来讲，半径增加一倍，体积增加7倍。这样的变化使视界的重力场越来越小，这样的结果不能不让人感到困惑。就普通的情况而言，两个质量相同的铁球相加，质量增加了一倍，体积也只能增加一倍。就两个质量相同的黑洞而言，把它们加在一起质量和体积也只能增加一倍。可见小黑洞的密度大得不可想象，如10亿t的小黑洞才达到质子的大小，地球质量的黑洞其半径还不到1cm。
目前，天文学家们根据质量的不同将黑洞分类成：恒星级质量黑洞（质量从几倍到几百倍太阳质量）、超大质量黑洞(质量大于几百万倍太阳质量）、介于恒星级和超大质量黑洞之间的中等质量黑洞三大类。按黑洞无毛定律可分为四类：角动量和电荷二者都等于零，而质量不为零的黑洞是施瓦西黑洞；角动量等于零，电荷和质量二者都不为零的黑洞称为Reissner-Nordstrom黑洞；电荷等于零，角动量和质量二者都不为零的黑洞为克尔黑洞；角动量、电荷、质量三者都不为零的黑洞称为克尔——纽曼黑洞。
不过，黑洞吞噬周围气体是有节制的。黑洞在吸积吞噬周围物质时，物质下落释放的引力能会转化为辐射，当吞食的物质累积到一定程度，向外的辐射压会阻止物质的进一步下落。当天体作用于一个粒子上的引力和辐射压刚好平衡时，对应的临界吸积率称作爱丁顿吸积率。一般情况下，爱丁顿吸积率是黑洞吸积物质的最大效率。
观测发现，在宇宙早期，比如宇宙大爆炸之后10亿年内，就存在质量为百亿倍太阳质量的超大质量黑洞。这令人疑惑.如果说它是从一个婴儿（种子）黑洞长大的，这个婴儿黑洞得多大？婴儿黑洞如何吞噬周围气体尘埃食物，才能长成实际观测到的大胖子呢？
最自然的一类种子黑洞要寻根于宇宙大爆炸后几亿年左右形成的第一代星系。它们中的大质量恒星快速演化到晚期，发生超新星爆炸，核心残留的天体便是质里约几百倍太阳质量的黑洞。但如果假设种子黑洞是这类恒星级质量黑洞，鉴于质里增长的速度受爱丁顿吸积率限制，那么即使种子黑洞一直以最快速度成长，质置增长到十亿、百亿倍太阳质量所需要的时间也远远超过它的年龄，这就带来了所谓的黑洞成长时间危机问题。
白洞是黑洞的对称物。根据对称性原理，白洞实质上就是黑洞的时间反演，有黑洞解就应有白洞解，无论多少物质一但掉入黑洞就消失了，比太阳大的质量掉入一个“点”中不见了；与黑洞相反，白洞不断向外喷射物质和向外辐射，据推算白洞只能产生于宇宙的初始大爆炸，在用现有的理论无法描述的超密状态中才可能产生白洞。
1974年，霍金提出黑洞具有量子性质的温度辐射，能量可以通过霍金辐射从黑洞中传出，则黑洞不黑。例如10亿t级的小黑洞，根据计算温度可达到10K，即温度高达几千亿度，不但不是“黑”的洞。相反是非常明亮的光源，实际上就是一个白洞，霍金还证明了小黑洞与白洞不可区分，其他科学家们还推测在难以想象的“奇异”状态下，可能发生由黑洞向白洞的转化。而我们的宇宙是否产生于一个超巨型的黑洞转化为白洞的一场大爆炸中仍有待于 探索 。
大质量的星系包括三类星体：一是质量不变的星体，这类星体不发生核聚变；二是恒星，这类星体会发生核聚变，质量会不断损失；三是黑洞，该类星体大质量恒星演化形成的，它会吸收周围物资，质量不断增加。它们在星系中是如何分布呢?
在星系中，当星体的质量发生变化，它的质量变化率不等于零，受到星体绕星系质心运动的角速度变化，会导致引力与离心力不能相互抵消。当恒星质量不断损失时，恒星会受到一个向外的“力”，恒星向外加速运动；如果星系中有黑洞，当黑洞质量不断增加时，黑洞会受到一个向内的“力”，黑洞会向内加速运动。结论：一个有黑洞的星系，恒星会分布在星系的外部区域，黑洞会分布在星系的中心区域；如果我们找黑洞，只能在星系中心附近找。
有人认为宇宙本身就是一个大黑洞，也有人认为宇宙中90％以上物质已变成暗物质，大质量的恒星最终的命运会是黑洞吗?星系中心存在超大质量的黑洞吗?因为任何物质和光进入黑洞，就再也无法从其内逃脱出来，致使观测者无法通过实验直接观看到它。但目前理论认为黑洞周围的吸积盘上的气体，由于摩擦温度会变得极其高，从而发出大量X射线。因此，人们可以通过探测来自宇宙的X射线来探测黑洞，探测黑洞极强的引力在其周围产生的一些效应来研究黑洞，用引力透镜效应和恒星的开普勒轨道运动等来研究黑洞。
目前多数天体物理学家认为天鹅座X—1(Cy—1)就是一个恒星级黑洞，并已探明它是一对双星中的一颗，它一边吞噬其伴星物质，一边发出强烈的X射线。早在1962年，美国的科学工作者贾科尼把X射线计数器放到高空，意外发现了来自太阳和月球以外太空区域一个很强的X射线源，但当时未能确定该X射线源天体的位置。1966年贾科尼和日本学者小田等用准直器调制定位法测出天鹅座X—1，这是人类发现的首个来自宇宙的x射线源，后经一些实验观测，测定出了双星的轨道运动情况，从而推算得出天鹅座X一1的质量是太阳质量的8倍(大于3倍太阳质量)，符合恒星级黑洞形成的条件。
超新星是某些恒星演化到末期时灾变性的大爆发，超新星爆发是一颗大质量恒星的壮烈死亡。它的核心残骸将是致密天体——黑洞或中子星。近年来每年都会发现数百颗超新星，其中有代表性的是在1987年2月23日爆发的SNI987A这颗来自大麦哲伦星系的超新星，人们利用哈勃太空望远镜、钱德拉X射线天文台、澳大利亚大天线阵和南双子座望远镜等对SN1987A进行了长期的观察和研究，目前天文学家还在继续寻找这颗死亡恒星残骸的下落。据估计这颗爆发的超新星很可能已变成恒星级黑洞或中子星。
最新黑洞理论认为，在星系中心普遍存在超大质量黑洞。1971年，天文物理学家Lynden-BellD和ReesM首次提出在银河系中心存在一个黑洞——SgrA*并建议用射电干涉来寻找它，20世纪90年代以来，地面的天文观测设备和空间x射线望远镜都探测到了来自银河系中心SgrA*黑洞的x射线。各国的天文物理学家通过多年研究，并根据实验观测推算出其质量为40～400万倍太阳质量，用射电望远镜观测的大量数据和理论模型越来越支持SgrA*黑洞就是银河系中心的超大质量黑洞的说法，有些迹象表明它还有自旋，可能是科尔黑洞。我国的上海天文台科学工作者从1997年开始用高分辨率甚长基线干涉的新技术对SgrA*展开观测，得出了相同的结论。
自2004年以来，阿根廷的pierreAuger天文台的科学家用1600个离子探测器和24台特制天文望远镜记录到高能宇宙射线，他们通过对这些宇宙射线的来源分析后认为，这种高能宇宙射线极有可能来源于星系核，星系核中心的超大质量黑洞为之提供了巨大能量。2002年，欧洲研制的用编码孔径成像技术的INTEGRAL卫星上天后，新发现了几十个被认为是超大质量的黑洞。
2010年11月，美国宇航局揭开了一则吊足媒体胃口的“秘密”——地球附近一个年仅30岁的黑洞，这也是人类科学史上发现的最年轻的黑洞。2011年8月，天文学家首次抓拍到黑洞吞噬恒星的过程，这被认为是目前宇宙最神秘、最震撼的情景。照片中的黑洞仿佛魔鬼一般，将一颗接近它的恒星瞬间撕碎变成发光等离子体后消失无形。据悉，照片中的黑洞距地球约40亿光年。2015年8月27日，NASA发布马卡良231星系的近照，马卡良231是拥有双重巨型黑洞的近地球星系，距离地球6亿光年。
为揭开黑洞的神秘面纱，2017年，一项黑洞观测计划，即“事件视界望远镜”（EHT）计划正式启动。按照EHT计划，全世界200多位科学家组成空前庞大的“战斗阵营”，利用全球多地的8个亚毫米射电望远镜及其阵列，组成一个虚拟的望远镜网络，即“事件视界望远镜”，同时对黑洞展开观测。
综上所述，现在采用寻找黑洞的办法是探测来自宇宙的X射线源和确定X射线源的质量,如有来自于致密天体的X射线,且这类致密天体的质量大于3倍太阳质量，则基本认定此类天体为黑洞。现已探明中子星的半径大约是10英里，是恒星级黑洞临界半径的几倍,一个大质量恒星坍缩到更小的尺度变成黑洞的可能性是极大的，但最终要确定黑洞的存在，还有待于黑洞理论的进一步完善和实验的更新验证。目前对于黑洞的对称物——白洞的研究还停留在理论层面，尚无实验上的论证和支持。
#和宇宙有关的一切# 在宇宙所有的天体中 ，存在着一样让伟大的科学家也无法了解的东西 黑洞 ，这是一个怪物一样的天体，对，就是天体，它并不是真的就是一个洞。
科学家相信， 黑洞 都是由死亡的恒星演化而来 ，当恒星内部的能量无法支撑外壳的重量，恒星内部开始塌缩，最终形成一个体积无限小，而密度超级大的点，叫做 奇点 ，由于密度极大，体积又极小，在它周围形成了巨大的引力场，吸收靠近它的一切物质，包括 光 。
如何发现黑洞
既然 光 都无法逃脱 黑洞 的吞噬，那人类是怎么发现它的呢？ 从1915年爱因斯坦的广义相对论发表后 ，直到1967年，由美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒提出 黑洞理论 ，这中间几十年许多科学家都在努力研究找到 黑洞 的方法，终于通过大型计算机模拟恒星塌缩过程，发现了人类 历史 上第一个 黑洞 天鹅座X-1 。
神秘的天鹅座X-1
天鹅座X-1 是1964年，在银河系天鹅座发现的一个神秘天体，会发出X射线，最近，天文学家计算出它距离地球大概7200光年，质量是太阳的21倍左右，并且它还有一个伴星，叫做“HDE226868”的蓝超巨星，质量是太阳的40.6倍。观测发现 天鹅座X-1 的转速非常快，接近了光速，比迄今为止发现的其它 黑洞 都要快，原因尚未得知。
关于 天鹅座X-1 还有一个小故事，这就是著名的 黑洞 赌注。1974年，霍金和物理学家基普·索恩（2017年诺贝尔物理奖得主），就 天鹅座X-1 到底是不是 黑洞 打赌，霍金认为不是，索恩选择是，赌注是输的一方要为对方订一年的杂志，结果直到1990年才揭晓，霍金输了。
来给黑洞拍个照
但是发现 黑洞 不等于看见了 黑洞 ，一直以来， 黑洞理论 都是从广义相对论推演，和经过大型计算机模拟得来的，真正长的什么样子，谁也不知道！于是，2015年开始， 来自全球30多个研究所的科学家，开启了“EHT” 事件视界望远镜计划 ，利用分布全球的8个射电望远镜阵列，组成一个虚拟望远镜网络，要给 黑洞 拍个照，其口径几乎等同于地球直径大小。
第一张黑洞图像
目标最后确定为 星系M87中的黑洞 ！这是个超级巨无霸，距离地球5500万光年，质量是太阳的60亿倍的 超级黑洞 ！经过两年的准备， 在2017年4月5号 14之间的窗口期完成了拍摄 ！给 黑洞 拍个照片不容易，“洗照片”更是费时费力，射电望远镜并不能直接看到 黑洞 ，而是收集大量的数据信息，构建出 黑洞 的样子，利用大型计算机集群，对数据进行合并分析，从而产生一个关于 黑洞 的图像，简单来说，就是类似于修图，把庞大的数据做可视化处理，再验证结果。 2019年4月10号，所有的努力终于有了结果，视界望远镜合作组织发布了有史以来首张 黑洞 图像 ，这是一个明亮的环状结构，中间黑暗的区域就是 黑洞 的阴影， M87黑洞 明亮的物质喷流， 向外散溢了至少5000光年之远，形成了它独有的特征！
黑洞对人类的意义
黑洞 的观测，对于科学研究有着非常重大的意义！ 天文学家们希望通过这一观测结果，对爱因斯坦的广义相对论做出严格的定义， 同时， 黑洞 图像能帮助我们解答，星系中壮观的喷流是如何产生并影响星系变化的， 黑洞 还影响着地球上的一切，通讯、能源等等。
人类再一次证实了伟大科学家爱因斯坦的猜想，对宇宙的 探索 更近了一步，对未知的 探索 ，也推动着人类 社会 科技 的进步！黑洞作为广义相对论最重要的预言之一，我们在有生之年能一睹尊容，何其幸运！
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煤的发热量
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煤的发热量又称煤炭大卡，是煤炭在氧弹中燃烧时产生的热量（热值、大卡），根据输入硫、氢、全水分、分析水仪器自动计算出煤的高位发热量、低位发热量及收到基低位发热量。
煤的高位发热量
煤的高位发热量[1]
，即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。实际上是由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去硫酸和硝酸生成热后得到的热量。煤的弹筒发热量是在恒容(弹筒内煤样燃烧室容积不变)条件下测得的，所以又叫恒容弹筒发热量。由恒容弹筒发热量折算出来的高位发热量又称为恒容高位发热量。而煤在空气中大气压下燃烧的条件湿恒压的(大气压不变)，其高位发热量湿恒压高位发热量。恒容高位发热量和恒压高位发热量两者之间是有差别的。一般恒容高位发热量比恒压高位发热量低8.4～20.9J/g,实际中当要求精度不高时，一般不予校正。煤炭发热量作为煤炭质量分析的重要指标,因此做好煤炭指标中发热量的测定结果的准确性分析工作具有非常重要的理论和实际意义。
煤炭的发热量是检验煤炭质量的主要因素也是煤炭计价的重要环节，所以煤炭发热量的测定与煤炭发热量的计算不容忽视。
煤的高位发热量计算公式为：
Qgr,ad=Qb,ad-95Sb,ad-aQb,ad
式中：
Qgr——分析煤样的高位发热量，J/g;
Qb,ad——分析煤样的弹筒发热量，J/g
Sb,ad——由弹筒洗液测得的煤的硫含量，%
95——煤中每1%(0.01g)硫的校正值，J/g
a——硝酸校正系数
煤的低位发热量
煤的低位发热量[2]
，是指煤在空气中大气压条件下燃烧后产生的热量，扣除煤中水分（煤中有机质中的氢燃烧后生成的氧化水，以及煤中的游离水和化合水）的汽化热（蒸发热），剩下的实际可以使用的热量。同样，实际上由恒容高位发热量算出的低位发热量，也叫恒容低位发热量，它与在空气中大气压条件下燃烧时的恒压低位热量之间也有较小的差别。
煤的低位发热量计算公式为：
Qnet,ad=Qgr,ad-0.206Had-0.023Mad
式中：
Qnet,ad——分析煤样的低位发热量，J/g;
Qgr,ad——分析煤样的高位发热量，J/g;
Had——分析煤样氢含量，%;
Mad——分析煤样水分，%
区别差异
高位发热量与低位发热量的区别[3]
在于燃料燃烧产物中的水呈液态还是气态，水呈液态是高位热值，水呈气态是低位热值。低位热值等于从高位热值中扣除水蒸汽的凝结热。燃料大都用于燃烧，各种炉窑的排烟温度均超过水蒸汽的凝结温度，不可能使水蒸气的凝结热释放出来，所以在能源利用中一般都以燃料的应用的低位发热量作为计算基础。各国的选择不同，日本、北美各国均习惯用高位热值，而我国、前苏联、德国和经济合作与发展组织是按低位热值换算的，有的国家两种热值都采用。煤和石油的高低位热值相差约5%，天然气和煤气为10%左右。
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