3）。一颗质量约等于太

阳质量的中子星，其直径仅有数十公里左右。

因为所有恒星几乎都有自转，并且存在磁场。所以，当坍

缩成中子星时，自转就会加快（这是由于角动量守恒）。磁场也

会加强，因为原来的磁场分布在恒星内外很大的范围内，收缩

之后，磁场就集中在很小的范围之中。从一颗太阳那样的星

坍缩成中子星，它的磁场会增加上百亿倍。

这样，中子星往往是一颗具有强大磁场的高速自转的星

体。一般说，磁极的方向和自转轴并不一致，正如地球的自转

图

9-1 第一个被发现的脉冲星

CP1919的脉冲式信号

轴和地磁轴也不完全一致一样。在中子星的磁极附近，磁场

特别强。电子在这个强磁场中运动就会放出很强的­射­电波。

·97·

­射­电波的发­射­方向主要集中在磁极的方向。当中子星的磁极

指向地球时，地球就可以接收到它发­射­的电波。中子星每转动

一周，我们就收到一次信号，形成脉冲式的­射­电波（图

9-1）。

这就是有限坍缩形成的天体的主要特征。

黑洞

无限坍缩的结局是黑洞。

早在

1795年，法国的天文学家、数学家和物理学家拉普

拉斯就曾指出，在一个质量足够大的星球表面，光线是不可能

逃出去的。按照牛顿引力理论，每个星体都有一定的逃逸速

度。地球的逃逸速度就是所谓第二宇宙速度，大约是

11公

里/秒。对质量大而体积小的天体来说，这个逃逸速度可能

大于光速。在这种情况下，星体发的光也不能发­射­到远处去。

因而，在外部看来，它就是一个不发光的天体。可以称它为牛

顿理论中的黑洞。不过，我们已经知道，牛顿的引力理论在原

则上是不能处理光的问题，我们不能轻信这个结果。

广义相对论中依然存在无限引力坍缩的过程。设想一个

人正站在发生坍缩的星体表面。他持有一盏强大的灯。在坍

缩之前，引力场还很弱，他的灯光可以向四面八方发­射­出去。

光线大体都沿着直线传播（图

9-2）。当恒星开始坍缩后，质

量逐渐集中到越来越小的范围之中。当恒星的尺度减小时，

它的表面引力就变得越来越大，引起光线弯曲。最初，只有那

些在水平方向的光线才有明显弯曲，这些被弯曲的光线并没

·98·

图

9-2

有发­射­出星体，而是折回到星体表面。坍缩继续下去、灯的光

线将越来越收拢。最后，所有的光线都不再能逃离星体表面。

我们说，这是恒星缩小到它的“视界”之内了。落进视界之内

的任何东西，都不可能再被外界的观测者看到。这就形成了

黑洞。

“视界”就是黑洞的表面。质量为十个太阳质量的恒星，

它的视界半径约为

30公里。也就是说，当这种恒星坍缩到约

30公里的大小时，就开始成为黑洞。

任何进入视界的东西，都不可能再出来。而且，当一颗坍

·99·

缩的星，收缩到自己的视界之内以后，就再也没有任何物理过

程可以阻止住它进一步的坍缩。它必将无限地坍缩下去，最

终变成一个点，在这个点上许多量都变成无限大，所以它叫做

“奇点”。

缩的星，收缩到自己的视界之内以后，就再也没有任何物理过

程可以阻止住它进一步的坍缩。它必将无限地坍缩下去，最

终变成一个点，在这个点上许多量都变成无限大，所以它叫做

“奇点”。

图

9-3表示一颗星在坍缩过程中的亮度变化。从图上

看到，恒星变暗的过程是极其快的。一颗质量为十个太阳质

量的星体，在开始坍缩后约百分之一秒，就几乎完全看不见

了。

图

9-3 坍缩星的亮度变化

黑洞是不毛的

有限坍缩能形成种种复杂结构的天体，而无限坍缩所形

成的黑洞却是一种极简单的东西。甚至它比任何我们看到过

的物体都简单。因为，任何物体都是由复杂的原子、分子构成

的。而对黑洞来说。我们根本不需要也不可能谈它的分子结

构。因为，无论黑洞由什么东西坍缩而成，一旦它们进入了视

·100·

界，我们就不必去管也不能管他们的细节了。因为它们不再

能给我们任何有关细节的信息。因之，本来不同质的东西形

成的黑洞却都是一样的。

界，我们就不必去管也不能管他们的细节了。因为它们不再

能给我们任何有关细节的信息。因之，本来不同质的东西形

成的黑洞却都是一样的。

按这个定理，宇宙间只有很少几种类型的黑洞，它们全都

开列在下面的表中。

名称类型特­性­

史瓦西黑洞

只有质量

角动量及电荷为零

球对称的最简单

的黑洞

RN黑洞

有质量及电荷

角动量为零

带电荷的球对称­性­

黑洞

克尔黑洞

有质量及角动量

电荷为零

轴对称的

旋转黑洞

KN黑洞

质量、电荷、角动量