http://tech.sina.com.cn/geo/space/news/2010-04-19/0740255.shtml

我国学者认为“黑洞”是封闭的天体

　　新华社长春7月21日电　（记者周长庆）长春科技大学杨学祥教授通过研究发现，“黑洞”是一个完全封闭的天体，其内部的物质既不能出来，外界的物质也不能进去。

　　杨学祥教授多年来一直研究天体和地球地质、气候变化，他和同事陈殿友等人在即将出版的第六期《东北亚地球科学研究学报》上将发表论文《差异旋转与全球变化》，阐述了有关“黑洞”的新理论。

　　“黑洞”是一种理论上的预言，很多观测事实表明它可能存在。科学界普遍认为，“黑洞”会使自己周围的时空发生彻底弯曲，将自身的中心部分和宇宙的其它部分隔开。按照爱因斯坦的广义相对论，光线在引力场中走的不是直线而是弯曲的，引力场越强，光线弯曲得越厉害。因此，物质只能进入“黑洞”，而不能逃出“黑洞”；“黑洞”的质量也因此越来越大，引力越来越强，不断“吞噬”周围的其它星体。

　　杨学祥教授经过研究认为，“黑洞”引力吸引周围天体时，使其它天体向其加速运动。由于能量是守恒的，其它天体相对“黑洞”的位能转变为该天体运动的动能。根据他的计算，由于运动天体速度不能大于光速，所以其它天体不能无限地靠近“黑洞”。“黑洞”与其它天体之间最短距离是“临界半径”。这表明，一个“黑洞”天体一旦形成，那么物质既不能进入，也不能逃出。

　　杨学祥的封闭“黑洞”模型表明，像“黑洞”这样独立的宇宙似乎不只一个，它们都有自己的确切边界且互不相通，而人类只能观察到自己所在的宇宙。

《人民日报》　(1999年07月22日第5版)

http://www.people.com.cn/rmrb/199907/22/newfiles/wzb_19990722001053_5.html

双星黑洞数学模型的新证据
[ 2008/4/27 7:18:00 | By: 杨学祥 ]
 
0
推荐双星对称黑洞相当于一个巨型加速器
——高速宇宙风就是在黑洞强大引力下沿零势面高速运动的物质
作者：杨学祥
关键字： 双星系统, 膨胀与收缩, 物质喷射, 白洞
1 引言

    新浪科技讯 北京时间4月25日消息，据英国广播公司报道，美国科学家在《自然》杂志的一份报告中表示，他们已经得出黑洞怎样以接近光速的速度喷发出粒子流的答案。波士顿大学的这个科研组说，这些粒子流起源于黑洞边缘附近的磁场。他们表示，这个区域为喷发的粒子流提供加速度，并将它们集中在一起。尽管事实是我们的银河系中心可能潜伏着一个黑洞，但是天文学家仍然对这些天上的怪物一无所知，黑洞几乎吸空了挡住它们道路的所有东西，甚至包括光。天文学家曾对超大质量黑洞从一个螺旋状物中喷发出等离子流的说法产生怀疑，他们表示，现在他们的研究证明事实确实如此。马斯科尔在一份声明中说：“我们已经对这种喷射的最内部进行了有史以来最深入的研究，粒子正是在这个区域获得加速度的。”密歇根大学的天文学家休•阿莱尔教授参与了这项研究，他表示这些物质加速到接近光速的过程跟喷气发动机的加速过程非常类似。有新闻援引他的话说：“我认为它是通过一种喷嘴聚集到一起的，我们得出了这一点。”然而，英国广播公司的科学通讯记者尼尔•伯德勒表示，尽管科学家取得了这项重大突破，但是他们无法超越所谓的视界(event horizon)进一步揭开黑洞里面隐藏的秘密。这位记者表示，事实上如果这些理论物理学家的观点是正确的，我们将永远都不能看到黑洞内部这些奇怪的现象[1]。

2 双星对称黑洞模型及其时空特征
                           
    推演黑洞存在的间接证据是: 一、在星系中心附近，高达10 亿个太阳质量的引力使星系运动十分迅速。二、许多星系的中心及双星系统以巨大的速率喷发辐射与物质，它们必定有一个极其有效的能量产生机制。在理论上，密度极大且最有效的发动机就是黑洞[2]。双星对称黑洞模型可以给出相应的物理机制[3，4]。

2.1 互相矛盾的理论推理

     黑洞是宇宙中最能唤起人们想象力的未知天体，它有极大的引力，光逃不出它的引力场，对外界而言，它不仅是黑的，而且是封闭的[5，6]。早在1783年，为了解决宇宙质量缺失问题（暗物质），英国天文学爱好者麦克尔就曾提出宇宙中可能存在这样的天体，到了1916年德国数学家史瓦西研究爱因斯坦的相对论时，提出了著名的史瓦西半径：
                     rmax =2GM/c2                        (2.1)
其中rmax是黑洞的最大半径，也称为视界；G为万有引力常数，M为星体质量，c为光速。星体半径一旦小于rmax，就成为外界看不见的黑洞。后来，为了解释高密度星体喷射能量的现象，英国理论物理学家霍金又提出黑洞不黑，它能辐射出大量能量，因而又称之为热洞。这些研究显然是根据未知天体的某一特征推演出的相互矛盾的理论结果，它们可能统一于某个实际运动着的星系世界中。

2.2 低密度黑洞还是黑的

    黑洞未必就是高密度星体，由（2.1）式，可得黑洞密度公式
           ρ =3M/4лr3 =3c6/32лG3M2            （2.2）
黑洞密度ρ与质量M2成反比，只要M充分大，ρ就可以充分小。例如，如果宇宙密度在9 ×10-30~10-29g/cm3之间，则我们所在的宇宙就是一个正在膨胀中的黑洞[5]。它既不是奇点，又可观测检验，应该是我们研究的起始点。

2.3 暗物质、反物质存在于何处？

    正物质与反物质碰撞后湮灭，变为能量，满足质能公式
               E = Mc2                          （2.3.1）
反之，能量变为物质的过程中，是否也同时生成反物质？它们存在于何处？如果它们确实存在，我们就必须寻找观测不到它们的原因。

    设宇宙演变过程中能量转变为两个质量同为M且体积相同的正物质星体和反物质星体。它们在万有引力作用下作轨道运动。由修正后的开普勒第三定律和相对论，有[3，4]
         M = Mo/（1-v2/c2）1/2                    （2.3.2）
         a =2GM/v2 = 2GMo/v2（1- v2/c2）1/2          （2.3.3）
其中Mo是星体的静止质量，a为星体轨道半径（每个星体到它们公共重心的距离）。数学分析表明，当v < c (2/3)1/2时, a随v的增加而减少; 当v >c (2/3)1/2时, a随v的增加而增加。当v = c（2/3）1/2时，有轨道半径的最小值
            amin = 3GM/c2=1.5 rmax=（27）1/2GMo/c2。             （2.3.4）
（2.3.4）式表明，轨道运动中的双星黑洞永远不会碰撞且互不相通，这是正物质世界与反物质世界不会轻易碰撞湮灭的原因。

2.4 宇宙膨胀与收缩的原因

    由(2.3.4)式，黑洞运动速度v趋于零，轨道半径a趋于无限大；速度趋于光速c，轨道半径a也趋于无限大。两黑洞之间的距离是在2amin和无限大之间震荡，轨道速度v是在零和光速c之间变化。根据相对论，由著名的空间收缩性，有
       r = ro（1-v2/c2）1/2                          （2.4）
其中ro是静止时的黑洞半径。显然，v趋于零时，黑洞半径最大，质量最小，因而密度最小；v趋于c时，黑洞半径趋于零，质量趋于无限大，密度也趋于无限大。在黑洞速度由零到接近c的变化中，黑洞体积逐渐收缩，反之，则膨胀。黑洞运动速度变化是其体积变化的原因。过去，人们只考虑了静态的黑洞，所以无法解释许多互相矛盾的天文现象。实际上，由于空间收缩性，宇宙的膨胀与收缩是由宇宙的运动产生的。低密度黑洞可以在运动速度趋于光速c时变为高密度黑洞[2，3]。

2.5 巨大能量产生的原因

     当黑洞速度趋于光速c时，由（2.3.1）、（2.3.2）式和（2.4）式，黑洞的质量M和能量E趋于无限大，体积收缩为一点，要吸收空间的无限大能量。反之，接近光速c运动的黑洞逐渐减速，要向空间释放无限大能量。这就是速度-质量-能量效应[3-6]。这是星体巨大能量释放与高速运动相对应的原因。加速吸能减速放能，是星体运动的主要特征。太阳系从近银心点到远银心点作减速运动，向空间释放大量能量，形成白垩纪的温暖气候，仅地球的减速放能增温就能使地球平均增温17℃；反之，太阳系从远银心点到近银心点作加速运动，向空间吸收大量能量，形成石炭-二叠纪和第四纪的大冰期。有证据表明，近一亿年，海洋底层水降温15℃，大气降温10~15℃。这就是加速吸能减速放能的轨道效应。由于四大行星摄动产生的60年周期变化，2000年日地距离在冬至点达到最小值，北半球夏季最热冬季最冷，因为从近日点到远日点是减速运动, 近、远日点距离差越大，释放或吸收的能量也就越多。

2.6 质能喷射机制与黑洞吞噬物质和能量

    计算表明，当a=4GM/c2时，两个黑洞中心以（1/2）1/2 c的速度绕公共重心旋转，黑洞视界为在公共重心o点处相切的椭圆，长轴在两黑洞重心的连线上，与长轴在o点垂直的平面是两黑洞引力的等位面，其他星体从无限远沿着等位面加速运动而来，在o点处接近光速c，吸收空间无限大能量，然后又减速而去，向空间释放无限大能量。o点是能量快速吸收与释放的转化点，因而是亮点和能量与质量转化点，形成吞噬与喷射能量与质量的能流与物质流。在这里Casimir效应十分显著，即空间充满着转瞬即逝的“虚拟粒子”[6，7]。喷流随黑洞的旋转形成脉动效应，类似脉动星的周期脉动机制。

    双星对称黑洞相当于一个巨型加速器。它把无限远处星体吸引到亮点，并以近光速喷出，所以o点又称为抛射点或白洞。同时，双星黑洞也提供黑洞天体自行消亡和增长的机制。因为双星黑洞的引力在o点为零，所以黑洞中的近光速运动物质可随物质流被抛射到无限远。与此相反，如果来自无限远的物质在o点处碰撞，速度变小或为零，则这些物质就散布在黑洞周围，最终被吸入黑洞。我们的模型表明，黑洞与白洞取决于宇宙的密度：当o点处的碰撞速率大于抛射速率，双星系统表现为黑洞特征（高速吸入物质与能量）；反之，则表现为白洞特征（高速喷出物质与能量）。它既不是完全封闭的（黑的），也不是完全开放的（白的）。人们正是观察到这些相互矛盾的现象无所适从。

    如果双星黑洞分别由物质与反物质构成，那末抛射点o提供了近光速运动的物质与反物质充分混合与碰撞的机会，这时抛射点抛出的不再是物质，而是物质与反物质碰撞湮灭后释放的巨大能量。近期研究表明，每个类星体所释放的能量是太阳能量的1015倍，而这个能量绝不是核能量[8]。本模型给出了一种可能解释。

3 理论预测

    根据数学模型的计算，双星黑洞之间有一个等势面（零势面）和喷发点（白洞）。黑洞内外的物质可以在白洞沿着零势面以近光速喷出，黑洞内外的物质也可以在白洞因碰撞减速而散落黑洞周围，最终落入黑洞。双星黑洞的质量增减取决于物质在白洞的碰撞几率：若碰撞的物质数量大于非碰撞的物质数量，则落入黑洞的物质数量多于喷出黑洞的物质数量，黑洞质量增大；否则，黑洞质量变小。该模型给出黑洞发展的两种可能，与那些只能吞噬周围物质不断增大的一般黑洞模型相区别。双星黑洞模型给出了黑洞与周围世界的密度平衡。当周围世界的密度较大，则黑洞内外的物质在喷发点被碰撞的几率变大，落入黑洞的物质变多，喷出黑洞的物质变少；当周围世界的密度变小，则黑洞内外的物质在喷发点被碰撞的几率变小，落入黑洞的物质变少，喷出黑洞的物质变多[1，2]。黑洞与周围世界的密度动态平衡使宇宙处于收缩和膨胀的交替运动之中。

4 观测证据

    根据中国公众科技网2003-04-01 10:39:57 周道奇的文章《超巨黑洞向星际空间“撒”生命元素》（资料来源：http://database.cpst.net.cn/popul/event/artic/30401103957.html），因撕碎和吞食恒星而闻名的超巨黑洞能向星际空间散布诞生生命所必需的元素，如氢、碳、氧和铁等。借助于“钱德拉”X射线望远镜和XMM-Newton卫星，美国宾夕法尼亚大学和麻省理工学院的研究人员发现了高速宇宙风，高速宇宙风将大量气体从两颗类星体中央刮走（从黑洞获取能量）。研究负责人乔治•恰尔塔斯博士指出,测量的结果表明，在类星体“一生”中被刮走的物质可与10亿颗太阳的质量相当。这些宇宙风可能还会调节黑洞的生长，加速新恒星的诞生。与亚原子粒子流不同，新的粒子流来自吸积圆盘，以前天文学家认为，从吸积圆盘向后没有通道。理论家曾提出，宇宙风会刮走吸积圆盘物质，将重元素撒满星际空间，宇宙风还会产生辐射压力。恰尔塔斯博士及其同事观察了类星体APM08279+5255和PG1115+080，他们对来自黑洞的气体速度以及物质接近黑洞的程度进行了评估，获得了首批观察证据，宇宙风将数量可观的碳、氧和铁转移到恒星间和星系际空间，宇宙风的最初速度约为光速的40%[9]。

    在双星黑洞数学模型中，高速宇宙风就是在黑洞强大引力下沿零势面高速运动的物质。最近美国科学家在《自然》杂志的一份报告提供了新的证据。

     图1高速宇宙风将大量气体从两颗类星体中央刮走

    
     图2类星体APM08279+5255和PG1115+080

参考文献

1．杨孝文。美科学家揭开黑洞喷射接近光速粒子流之谜。2008年04月25日 14:30  新浪科技。http://tech.sina.com.cn/d/2008-04-25/14302162457.shtml
2．Jean Pierre Lasota. 揭开黑洞的神秘外衣. 科学(Scientific American 中文版). 1999,(8):14~23
3．杨学祥. 双星对称黑洞模型及其时空特征. 自然杂志. 2001, 23（4）：246~247
4．杨学祥. 双星对称黑洞模型及其质能喷射机制. 中国学术期刊文摘(科技快报). 2000,6(4):506~508
5．杨学祥，陈殿友，宋秀环。太阳系行星公转速度变化与低温灾害。长春科技大学学报。1999，29（4）：344~348
6．杨学祥。行星摄动与黑洞佯谬。中国学术期刊文摘。2000，6（3）：365~367
7．Lawrence M. Krauss. 宇宙反重力.  科学(Scientific American 中文版). 1999,(4):15~21
8．李政道. 展望21世纪科学发展. 科学. 1999,51(1):17~24
9．周道奇。超巨黑洞向星际空间“撒”生命元素。发布日期：2003-04-02航天局网站。http://www.cnsa.gov.cn/n615708/n620172/n620646/n661309/45705.html

New Evidence of the Mathematics Model for the Two Black Holes
                                Yang Xuexiang
Professor,
College of Geo-exploration Science and Technology，Jilin University, Changchun 130026;
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Science, Beijing100012

     Keywords: system of two black holes, expand and contract, matter erupting, white hole.

附图见：
杨学祥. 双星黑洞数学模型的新证据.发表于2008-4-27 6:31:51科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=23119

http://blog.gmw.cn/u/466/archives/2008/16910.html