第二章 白洞和黑洞
白洞
从定义上来说，白洞与黑洞是物理学家们根据黑洞在爱因斯坦的广义相对论上所提出的物体。物理学界和天文学界将白洞定义为一种致密物体，其性质与黑洞完全相反。白洞并不是吸收外部物质，而是不断地向外围喷射各种星际物质与宇宙能量，是一种宇宙中的喷射源。简单来说，白洞可以说是时间呈现反转的黑洞，进入黑洞的物质，最后应会从白洞出来，出现在另外一个宇宙。由于具有和“黑”洞完全相反的性质，所以叫做“白”洞。它有一个封闭的边界。聚集在白洞内部的物质，只可以向外运动，而不能向内部运动。因此，白洞可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射。白洞是一个强引力源，其外部引力性质与黑洞相同。白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。白洞学说主要用来解释一些高能天体现象。目前天文学家还没有实际找到白洞，还只是个理论上的名词。白洞是理论上通过对黑洞的类比而得到的一个十分“学者化”的理论产物。
和黑洞完全不一样，白洞不会吸收任何物体，相反的，白洞会不断释放出物质，包括基本粒子和场。
白洞和黑洞一样，有一个“视界”。不过和黑洞不一样，时空曲率在这里是负无穷大，也就是说，在这里，白洞对外界的斥力达到无穷大，即使是光笔直向白洞的奇点冲去，它也会在白洞的视界上完全停止住，不可能进入白洞一步。
理论上，白洞也可以根据是否旋转，是否带有电荷分类，但是理论物理学家们认为，白洞的无穷大的斥力会迫使白洞不带有任何电荷，因为电荷很容易就被赶到了视界外。而旋转，也被认为是不可能的。不过白洞看来只可能是一种想象中的产物。因为如果白洞不吸收任何物体而仅仅是喷射物质，那么无论这个白洞的质量有多大，它的物质也会很快地被喷射光。
当然，物理学家们也为白洞提供了几个存在的想法，其中有的人认为白洞和黑洞通过虫洞连接。
黑洞
黑洞广义相对论预言的一种特别致密的暗天体。大质量恒星在其演化末期发生塌缩，其物质特别致密，它有一个称为“视界”的封闭边界，黑洞中隐匿着巨大的引力场，因引力场特别强以至于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱。形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量，当然，这是最后的星核质量，而不是恒星在主序时期的质量。除了这种恒星级黑洞，也有其他来源的黑洞——所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期，而所谓超大质量黑洞可能存在于星系中央。
黑洞不让其边界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。虽然这么说，但黑洞还是有它的边界，即“事件视界(视界)”。据猜测，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍缩时产生的。另外，黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡极限的恒星演化到末期而形成的，质量小于钱德拉塞卡极限的恒星是无法形成黑洞的。
黑洞其实也是个星球，只不过它的密度极大，靠近它的物体都被它的引力所约束(就好像人在地球上没有飞走一样)。对于地球来说，以第二宇宙速度来飞行就可以逃离地球，但是对于黑洞来说，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了光速，所以连光都跑不出来，于是射进去的光没有反射回来，我们的眼睛就看不到任何东西，只是黑色一片。一些科学家认为光的速度比黑洞慢，所以被吸进去，当速度比黑洞快时就可以穿过黑洞边缘。当然光速已经是极限速度了。
形成
关于白洞是怎样形成的，目前科学家们持有两种不同的见解。
一种得到多数天文学家赞同的观点认为，当宇宙诞生的那一时刻，即当宇宙由原初极高密度、极高温度状态开始大爆炸时，由于爆炸的不完全和不均匀，可能会遗留下一些超高密度的物质暂时尚未爆炸，而是要再等待一定的时间以后才开始膨胀和爆炸，这些遗留下来的致密物质即成为新的局部膨胀的核心，也就是白洞。
有些致密物质核心的爆炸时间已经延迟了大约100亿年或200亿年(这要看宇宙的年龄是100亿年还是200亿年，而宇宙年龄目前也是一个未解之谜)。它们的爆炸，就导致了我们今天所观测到的宇宙中各种高能天体物理现象。为此，白洞又有“延迟核”之称。按照延迟核理论，100亿或200亿年之前，我们的宇宙就是一个巨大的白洞。
除了延迟核理论之外，另一种观点认为，白洞可直接由黑洞转变过来，白洞中的超高密度物质是由引力坍缩形成黑洞时获得的。
传统的黑洞理论认为，黑洞只有绝对的吸引而不向外界发射任何物质和辐射。20世纪70年代，有一位卓越的英国天体物理学家霍金，根据广义相对论和量子力学理论；对黑洞作了进一步的研究，并对传统的黑洞理论作了重大的修正。霍金对黑洞的见解轰动了科学界，他因此获得了1978年的爱因斯坦奖金。
霍金认为，黑洞具有一定的温度，会以类似于热辐射的方式稳定地向外发射各种粒子，这就是所谓的“自发蒸发”。黑洞的蒸发速度与黑洞的质量有关，质量越大的黑洞，温度越低，蒸发得越慢；反之，质量越小的黑洞，温度越高，蒸发得越快。譬如，质量与太阳相当的一个黑洞，约需1066(100亿亿亿亿亿亿亿亿)年才能够完全蒸发完，而一些原生小黑洞，却能在10—23秒之内蒸发得一干二净。
黑洞的蒸发使黑洞的质量减小，从而使黑洞的温度升高，这样又促使自发蒸发进一步加剧。这种过程继续下去，黑洞的蒸发便会越演越烈，最后以一种“反坍缩”式的猛烈爆发而告终。这个过程正好就是不断向外喷射物质的白洞了。
目前，这种白洞是由黑洞直接转变过来的观点，也越来越引起各国科学家们的关注。
由于白洞概念提出之后，用它可以解释一些高能天体物理现象，所以引起了不少天文学家对白洞的兴趣，继而他们也对白洞问题作了一些探讨和研究。
尽管如此，科学家们对白洞的兴趣还远远比不上像对黑洞的兴趣那样浓，对白洞的研究工作也远远比不上像对黑洞的研究那样广泛和深入，并且在观测证认工作方面，也不像黑洞那样取得了很大的进展。
总而言之，白洞学说目前还只是一种科学假说，宇宙中是否真的存在白洞这种天体?白洞是怎样形成的?我们的宇宙在它诞生之前是否就是一个白洞?等等，有关白洞的这一系列问题，还都是等待人们去揭开的宇宙之谜。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时，收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样。 ，
亦可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生裂变、聚变。由于恒星质量很大，裂变与聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于裂变与聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素。接着，氦原子也参与裂变与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按元素、氮元素等生成。直至铁元稳定不能参与裂变或聚变，而铁的能量与质量巨大的恒星的万
跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由质量大于太阳质量20倍的恒星演化而来的。
当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢)，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。
这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径)，正像我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
根据科学家计算，一个物体要有每秒钟7．9千米的速度，就可以不被地球的引力拉回到地面，而在空中饶着地球转圈子了。这个速度，叫第一宇宙速度。如果要想完全摆脱地球引力的束缚，到别的行星上去，至少要有11．2km／s的速度，这个速度，叫第二宇宙速度。也可以叫逃脱速度。这个结果是按照地球的质量和半径的大小算出来的。就是说，一个物体要从地面上逃脱出去，起码要有这么大的速度。可是对于别的天体来说，从它们的表面上逃脱出去所需要的速度就不一定也是这么大了。一个天体的质量越是大，半径越是小，要摆脱它的引力就越困难，从它上面逃脱所需要的速度也就越大。
按照这个道理，我们就可以这样来想：可能有这么一种天体，它的质量很大，而半径又很小，使得从它上面逃脱的速度达到了光的速度那么大。也就是说，这个天体的引力强极了，连每秒钟30万千米的光都被它的引力拉住，跑不出来了。既然这个天体的光跑不出来，我们当然就看不见它，所以它就是黑的了。光是宇宙中跑得最快的，任何物质运动的速度都不可能超过光速。既然光不能从这种天体上跑出来，当然任何别的物质也就休想跑出来。一切东西只要被吸了进去，就不能再出来，就像掉进了无底洞，这样一种天体，人们就把它叫做黑洞。
我们知道，太阳现在的半径是70万千米。假如它变成一个黑洞，半径就得大大缩小。缩到多少?只能有3千米。地球就更可怜了，它现在半径是6000多千米。假如变成黑洞，半径就得缩小到只有几毫米。哪里会有这么大的压缩机，能把太阳、地球缩这么小!这简直像《天方夜谭》里的神话故事，黑洞这东西实在太离奇古怪了。但是，上面说的这些可不是凭空想象出来的，而是根据严格的科学理论得出来的。原来，黑洞也是由晚年的恒星变成的，像质量比较小的恒星，到了晚年，会变成白矮星；质量比较大的会形成中子星。现在我们再加一句，质量更大的恒星，到了晚年，最后就会变成黑洞。所以，总结起来说，白矮星、中子星和黑洞，就是晚年恒星的三种变化结果。
现在，白矮星已经找到了，中子星也找到了，黑洞找到没有?也应该找到的。主要因为黑洞是黑的，要找到它们实在是很困难。特别是那些单个的黑洞，我们现在简直毫无办法。有一种情况下的黑洞比较有希望找到，那就是双星里的黑洞。
双星就是两颗互相饶着转的恒星。虽然我们看不见黑洞，但却能从那颗看的见的恒星的运动路线分析出来。这是什么道理呢?因为，双星中的每一个星都是沿着椭圆形路线运动的，而单颗的恒星不是这样运动。如果我们看到天空中有颗恒星在沿椭圆形路线运动，却看不到它的伺伴，'那就值得仔细研究了。我们可以把那颗星走的椭圆的大小，走完一圈用的时间，都测量出来。有了这些，就可以算出来那个看不见的同伴的质量有多大。如果算出来质量很大，超过中子星能有的质量，那就可以进一步证明它是个黑洞了。
在天鹅星座，有一对双星，名叫天鹅座x-1。这对双星中，一颗是看的见的亮星，另一颗却看不见。根据那颗亮星的运动路线，可以算出来它的伺伴韵质量很大，至少有太阳质量的五倍。这么大的质量是任何中子星都不可能有的。当然，除这些以外还有别的证据。所以，基本上可以肯定，天鹅座x—l中那个看不见的天体就是一个黑洞。这是人类找到的第一个黑洞。
另外，还发现有几对双星的特征也跟天鹅座x-1很相似，它们里面也有可能有黑洞。科学家正对它们作进一步的研究。“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。
存在
到目前为止，“白洞”还只是个理论名词，科学家并未实际发现。在技术上，要发现黑洞，甚至超巨质量黑洞，都比发现白洞要容易的多。也许每一个黑洞都有一个对应的白洞!但我们并不确定是否所有的超巨质量的“洞”都是“黑”洞，也不确定白洞与黑洞是否应成对出现。但就重力的观点来看，在远距离观察时两者的特性则是相同的。
当人们有了很复杂的数学工具来分析这些相关方程式，他们发现了更多。在这个简单的情形下，时空结构必须具备时间反演对称性，这意味着如果你让时间倒流，所有一切都应该没什么两样。因此如果在未来某个时刻光只能进不能出，那过去一定有个时刻光只能出不能进。这看上去就像是黑洞的反转，因此人们称之为白洞，虽然它只是黑洞在过去的一个延伸。(更奇怪的是：在世界里面似乎应该还有一个宇宙，虽然这里用“里面”可能不太确切。)时间在白洞里面是存在的，但既然你不能进去，那你只有出生在里面才能知道了。
但在现实中，白洞可能并不存在，因为真实的黑洞要比这个广义相对论的简单解所描述的要复杂得多。他们并不是在过去就一直存在，而是在某个时间恒星．坍塌后所形成的。这就破坏了时间反演对称性，因此如果你顺着倒流的时光往前看，你将看不到这个解中所描述的白洞，而是看到黑洞变回坍塌中的恒星。
我们知道，由于黑洞拥有极强的引力，能将附近的任何物体一吸而尽，而且只进不出。如果，我们将黑洞当成一个“入口”，那么，应该就有一个只出不进的“出口”，就是所谓的“白洞”。黑洞和白洞问的通路，也有个专有名词，叫做“灰道”(即“虫洞”)。虽然白洞尚未发现，但在科学探索上，最美的事物之一就是许多理论上存在的事物后来真的被人们发现或证实。因此，也许将来有一天，天文学家会真的发现白洞的存在!
由于黑洞的密度极大，根据公式我们可以知道密度：质量÷体积，为了让黑洞密度无限大，那就说明黑洞的体积要无限小，然后质量要无限大，这样才能成为黑洞。
黑洞是由一些恒星“灭亡”后所形成的死星，他的质量很大，体积很小。但是问题就产生了，黑洞会一直存在吗?答案是错误的，黑洞也有灭亡的那天，由于黑洞无限吸引，但是总会有质子逃脱黑洞的束缚，这样日积月累，黑洞就慢慢的蒸发，到了最后就成为了白矮星，或者就爆炸，它爆炸所产生的冲击波足以让地球毁灭1万次以上。科学家经常用天文望远镜观看黑洞爆炸的画面。它爆炸所形成的尘埃是形成恒星的必要物质，这样就能初步解决太阳系形成的答案了。
黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。当英国物理学家史迪芬。霍金于1974年做此预言时，整个科学界为之震动。
霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论。他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量(参考霍金的《时间简史》，我们可以认定一对粒子，会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近的话就会有两种情况发生：两粒子湮灭、一个粒子被吸人黑洞。“一个粒子被吸入黑洞”这一情况：在黑洞附近创生的一对粒子，其中一个反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生，我们设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量，而反粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子的为之相反的运动过程，如一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子从黑洞逃逸。这一情况就是一个携带着从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的总能量少了，而爱因斯坦的公式E=mc。表明，能量的损失会导致质量的损失)。当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。这样，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失得更快。这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，因为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。
白洞与黑洞的关系
白洞与黑洞是相辅相成的，是对立统一的。沈施在《黑洞、白洞交相衬映》一文中对黑洞与白洞的相互关系作了如下论述：“霍金着眼于黑洞，但他的假说或可给予黑洞、白洞相互转化之设想以便宜。当然此设想主要还是出于黑洞、白洞之对称性的思考；因为物质坍缩成一个中心奇点、与物质从一个中心奇点里爆发出来，本是相反相成的两个过程，所以从黑洞瞬即转化成白洞，似乎还是可能实现的。对于宇宙演化，我们且作如下尝试性解释。从广义相对论演绎得出的一种演化模式，把宇宙假设为从原始火球的大爆炸中诞生，接着便膨胀，胀到最大，再转变成坍缩，缩到最小；尔后又发生第二次爆炸及其胀、缩过程；如此循环反复。对此模式，可否把每次爆炸的原始火球看作为一个原始白洞，而它是上一次坍缩过程的终止黑洞瞬即转化来的。起始点和终止点就是这白洞和黑洞的中心奇点。”这段论述包含了深刻的辩证逻辑思想。
根据上述情况，可以得出以下结论：
第一，黑洞是宇宙间吸引的一种极端现象和形式，它的直接结果是“大坍缩”，与之相反，白洞则是宇宙间排斥的一种极端现象和形式，它的直接结果是“大爆炸”或“大膨胀”。两者缺一不可，紧密相联，相辅相成，相互转化，对立统一。
第二，黑洞与白洞是通过某种“极变机制”(虫眼机制等)相互转化的，由于这种相互转化的存在，使得量子阶梯中的所有物质现象得以产生、发展和消亡。在这个过程中，既没有一成不变的永恒事物，也没有只出现一次就永远绝灭的东西。产生了的东西会消亡，消亡了的东西又会产生，如此循环不止。
第三，黑洞与白洞的相互转化是宇宙演化最根本、最重要的动力根源。它们两者的存在和转化，是“吸引和排斥这一个古老的两极对立”的生动体现，是万物变化最深层次的总根源。
黑洞就像宇宙中的一个无底深渊，物质一旦掉进去，就再也逃不出来。根据我们熟悉的“矛盾”的观点，科学家们大胆地猜想到：宇宙中会不会也同时存在一种物质只出不进的“泉”呢?并给它取了个同黑洞相反的名字，叫“白洞”。
科学家们猜想：白洞也有一个与黑洞类似的封闭的边界，但与黑洞不同的是，白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向边界外部运动，而白洞外部的物质和辐射却不能进入其内部。形象地说，白洞好像一个不断向外喷射物质和能量的源泉，它向外界提供物质和能量，却不吸收外部的物质和能量。
白洞到目前为止，还仅仅是科学家的猜想，还没有观察到任何能表明白洞可能存在的证据。在理论研究上也还没有重大突破。不过，最新的研究可能会得出一个令人兴奋的结论，即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身!也就是说黑洞在这一端吸收物质，而在另一端则喷射物质，就像一个巨大的时空隧道。
科学家们最近证明了黑洞其实有可能向外发射能量。而根据现代物理理论，能量和质量是可以互相转化的。这就从理论上预言了“黑洞、白洞一体化”的可能。
要彻底弄清楚黑洞和白洞的奥秘，现在还为时过早。但是，科学家们每前进一点，所取得的成绩都让人激动不已。我们相信，打开宇宙之谜大门的钥匙就藏在黑洞和白洞神秘的身后。
特殊的黑洞
与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。
在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落人黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其他方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背!
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。．当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。 ‘
天体物理学家用“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期，当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的。行星(包括地球)也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。但是当中央天体是一个黑洞时，吸积就会展现出它最为壮观的一面。然而黑洞并不是什么都吸收的，它也往外边散发质子。
黑洞的划分
划分一
按组成来划分，黑洞可以分为两大类。一是暗能量黑洞，二是物理黑洞。
暗能量黑洞
暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成，它内部没有巨大的质量。巨大的暗能量以接近光速的速度旋转，其内部产生巨大的负压以吞噬物体，从而形成黑洞。暗能量黑洞是星系形成的基础，也是星团、星系团形成的基础。
物理黑洞
物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成，具有巨大的质量。当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时，我们称之为奇点黑洞。暗能量黑洞的体积很大，可以有太阳系那般大。它比起暗能量黑洞来说体积非常小，它甚至可以缩小到一个奇点。
划分二
1972年，美国普林斯顿大学青年研究生贝肯斯坦提出黑洞“无毛定理”：星体坍缩成黑洞后，只剩下质量，角动量，电荷三个基本守恒量继续起作用。其他一切因素(“毛发”)都在进人黑洞后消失了。这一定理后来由霍金等四人严格证明。
由此，根据黑洞本身的物理特性，可以将黑洞分为以下四类。
(1)不旋转不带电荷的黑洞。它的时空结构于1916年由施瓦西求出称施瓦西黑洞。
(2)不旋转带电黑洞，称R—N黑洞。时空结构于1916～1918年由Reissner(赖斯纳)和Nordstrom(纳自敦)求出。
(3)旋转不带电黑洞，称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。
(4)一般黑洞，称克尔一纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。
黑洞与地球
黑洞没有具体形状，你也无法看见它，只能根据周围行星的走向来判断它的存在。也许你会因为它的神秘莫测而吓的大叫起来，虽然它有强大的引力，但与此同时这也是判断它位置的一个重要证据，就算它的“正式边界”还离我们很远，我们也没有任何手段能够挽救(除非我们能够在受到它的引力作用前抛弃地球，但是科学不是科幻小说，抛弃地球的可能性在未来很长一段时间内仍然十分渺茫)。这也是人类研究它的原因之一。
恒星，白矮星，中子星，夸克星，黑洞是依次的五个密度当量星体，密度最小的当然是恒星，黑洞是物质的终极形态，黑洞之后就会发生大爆炸，能量释放出去后，又进入一个新的循环。
巨大黑洞
所谓“巨大黑洞”是指质量超过太阳100万倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞，那么在它周围的物质亦应当像绕太阳旋转的行星那样，遵循“开普勒行星运动三定律”，哈勃太空望远镜就在NGC4261、室女座M84星系、室女座M87星系等星系中心发现了高速旋转的气体。
根据开普勒定律，气体的旋转速度应与其围绕天体的质量的平方根成正比，与旋转半径的平方根成反比。如果能够确定旋转速度和半径，就能求出天体的质量，NGC426l旋转半径为300光年以内，质量约为太阳质量的20亿倍；M84星系旋转半径为30光年以内，质量约为太阳质量的3亿倍；M87星系旋转半径为15光年以内，质量约为太阳质量的30亿倍。计算结果应当是令人吃惊的!10亿倍太阳质量的黑洞的半径大约为10天文单位，也就是1光年的一万分之一。所以，哈勃太空望远镜的观测结果与黑洞的半径相比较，还没有把握住黑洞的外侧。
1995年，有关科学家与美国史密森尼安天文台合作，使用超长基线电波干涉仪群观测猎犬NGC4258星系的中心区域，发现在NGC4258星系中心仅0．3光年的区域内，就存在相当太阳质量3600万倍的质量，而且获得了迄今为止最精确的旋转速度。由此，星系中心存在巨大黑洞的可能几乎转瞬间便具有了可能性。同年，科学家们进行了对确认巨大黑洞具有决定意义的观测，证据是通过日本的x射线天文卫星观测得到的，观测对象是名为“MCG-6-30-15”的一个活跃星系。观测结果表明，来自这个星系中心的X射线发生了“引力红移”，这是非黑洞无法解释的。
所谓“引力红移”是在强引力作用下，时间似乎变慢的可用广义相对论解释的现象，在这种现象中光波长变长。这个现象被确认其意义就相当于直接观测到黑洞。科学家从此得到了巨大黑洞存在的强有力的证据，任何星系都存在巨大黑洞。
疑问
首先黑洞的存在要基于光是粒子，受万有引力的作用而不能逃离黑洞。如果光被证明不是粒子，则该理论不存在。在倒相对论中，对光是粒子的论据，进行的多方面的质疑。
其次该理论有一个缺陷，绝大多数人认为脱离地球引力，一定要有第一宇宙速度，这是宏观认识的疏忽，空气脱离地球引力，飘散到太空，从来不需要第一宇宙速度。尤其是氢气，几乎是被其他气体赶出地球的，想挤回来都不行，根本称不上逃离。
此外，稳定的黑洞外将有一层厚厚的大气层，而大气层的外面将会富集氢气，从而引发核聚变，一个恒星的形象将出现在我们面前。如果是不断塌缩的黑洞，宇宙的一切将被它吞噬，直到引发另一次爆炸。 ，
而恒星的末期，都会产生爆炸，使其不会无限度增大质量，人类已经观测到很多实际例证，但恒星爆炸对物质的冲击，都未引起导致黑洞形成的塌缩力，那么想象黑洞自然形成，是否有些过于乐观?
黑洞与虫洞
据最新的研究声称，科学家认为黑洞可能是通往其他宇宙的虫洞。如果这一理论是正确的，将会有助于解释例如黑洞信息悖论等量子难题，不过批评家指出这也会产生新的问题，例如虫洞是怎么形成的等等。
黑洞是一种拥有强大引力的物体，任何物体——即便是光——在进入其边界之后都不能逃逸出来。根据爱因斯坦的广义相对论，黑洞可以由任何物质形成，只要能够坍缩到足够小的空间内。
尽管黑洞不能被直接看到，天文学家还是通过观察周围物质的环绕情况，推断出一些黑洞的位置。
不过来自巴黎Bures—sur-Yvette地区法国高等科学研究所(Institut des Hautes Etudes Scientifiques)的物理学家Thibault Damour和来自德国Bremen国际大学的Sergey Solodukhin提出一个新的观点，即这些所谓的黑洞其实就是虫洞。
虫洞是连接时空架构中两个不同地方的弯曲通道。如果你把宇宙想象为一个二维的纸张，虫洞就是连接这张纸片和另一张纸片的小通道。实际上这一理论认为，虫洞连向的是一个拥有自己星星、星系等的另一个宇宙。
引起空间扭曲的小球在我们三维世界的例子就是黑洞。黑洞事实上是存在于四维空间的一种现象，或者说，黑洞是连接三维世界与四维空间的通道。我们有可能通过对黑洞的深入研究，找到克服四维空间的办法，那样的话，瓦普跳跃飞行就不再是梦想了。
现在科学家已经证实，黑洞的存在确实会令周围的空间极度扭曲。根据广义相对论，光线在正常的空间里以直线传播，但当空间扭曲时，光线会随着空间扭曲的方向而扭曲。如果能给一束射进黑洞的光线拍照的话，我们就会发现，光线呈螺旋形指向黑洞中心，因为黑洞的巨大质量已使周围的空间扭曲得不成形了。
趣事
另外一个有趣的现象也是根据广义相对论，引力越强，时间越慢，物体的长度也缩小。假如银河系被一个黑洞所吸引，在被吸收的过程中，银河系会变成一个米粒大小的东西。银河系里的一切东西包括地球都按相同比例缩小。所以在地球上的人看来，银河系依旧是浩瀚无边。地球上的人依旧照常上班学习，跟他们在正常情况下一样。因为在他们看来，周围的人和物体和他们的大小比例关系不变。他们浑然不知这一切都发生在一个米粒大的世界里。
但因为黑洞周围引力巨大，任何物体都不能长时间待留。假如银河系被一个黑洞所吸引，地球上的人只有几秒的时间去体验第一个现象。
冕洞
太阳大气最外面的一层叫做日冕。冕的本意是礼帽，日冕确实像顶硕大无比的帽子，从四面八方把太阳盖得严严实实。
除非用一种专门的仪器，否则，平常是无法对日冕进行观测的，只有在日全食的时候，才有机会看到它数十秒或者数百秒钟。日冕一般分为内冕和外冕两部分，从空间拍摄的日冕照片上，可以看到外冕最远一直延伸出去好几十个太阳半径那么大的距离。
日冕呈现出白里透蓝的颜色，柔和、淡雅，逗人喜爱。日冕虽然不亮，但用肉眼观测或者拍下照片来看，各处亮度还比较均匀，没有太明显的差别。可是，从空间拍下的日冕X光照片上看起来，它却是另外个模样。其中最引人注意的是，日冕中有着大片不规则的暗黑区域，它们并不很稳定，形状时有变化，有人把它们比喻为是日冕中出现的“洞”，冕洞的名称就是这么来的。说实在的，冕洞这个名字并不恰当，因为它基本上都是长条形的，有时从太阳的南极或者北极，一直伸展到赤道附近，长好几十万千米。从X射线的角度来看，说它是“洞”还勉强可以，冕洞里确实是“空洞洞”的，穿过冕洞可以直接看到光球，光球是完全不发射X射线的，所以在x光照片上，冕洞表现为暗黑色的一片，看起来像是好端端的一个圆面上，被涂黑了一大片。
我们都有这样的生活体验：风从东面吹来的时候，树叶、炊烟以及我们的衣服和长发，都向相反的西面飘起来。天文学家们从彗星尾巴老是背着太阳这一点得到启发，猜测太阳是不是也刮“风”?当然，这风指的是从太阳向外抛射出来的带电的物质粒子等。正式提出太阳风的名称，并得到确认，那是：20世纪50年代的事。
太阳风是从太阳面上什么地方往外吹出来的呢?这个问题一开始没有得到圆满的解释。
在20世纪30年代之前，科学家们惊奇地发现，某些磁暴——地球磁场的强烈**是周期性的，每隔一定的周期就重复出现，周期是27日。显然，产生这种磁暴的原因也应该具有27日的周期。科学家们很自然地想到了太阳，它赤道部分的会合周期也是27日，可见这两者之间存在着某种关系。
周期性发生的磁暴与太阳赤道部分的哪些区域有关呢?这是些什么样的区域呢?多少年来，一直没有人能说清楚。这些“神秘”的区域被叫做M区，但谁也没有在观测中发现过M区。
在对冕洞的探讨和研究过程中，天文学家们找到了根据而恍然大悟，40多年来踏破铁鞋无觅处的M区，原来就是太阳赤道部分的冕洞，从它那里使劲地往外“吹”的带电物质粒子，就是好几百年“视而不见”的太阳风。
冕洞、M区、太阳风，三者合一，不仅解释了一直存在的一些疑难问题，也推动了科学家们去进一步探讨由日冕和冕洞反映出来的新现象。
20世纪60年代以后，一系列的空间探测器为我们取得了大量的有关日冕和冕洞的第一手资料。尤其是“天空实验室”的发射成功，在其从1973年到1979年6月运行期间，特别是三次载人飞行期间，主要的观测对象就是太阳，总共拍摄了18万多张珍贵的太阳照片，为我们深入认识太阳和日冕作出了贡献。
“天空实验室”飞行期间，正是太阳活动并不太剧烈的时期，太阳面上的冕洞总面积竟然达到20％的样子，其中小的也许只占1％，而大的可达5％。太阳表面的1％大体上是600多亿平方千米，这些冕洞有多大呀!在太阳活动剧烈的时候，冕洞的面积是否会更大更多呢?多到什么程度呢?现在还说不太清楚。
有趣的是，太阳两极处冕洞面积的总和可以说是相当稳定的，加在一起可达到太阳表面总面积的15％左右，也就是一个极处的冕洞面积扩大时，另外一个极处的冕洞就缩小，反过来也一样。为什么两极的冕洞面积之和基本上保持不变呢?难以理解!冕洞是太阳大气中一种寿命较长和比较稳定的现象，一般可以存在相当于5个太阳自转周期那么长时间，有的甚至达到10个周期。小冕洞的寿命比较短，也许只存在二三十天，大致相当于1个太阳自转周期。冕洞面积的增长和减小速度比较平稳，而且大体相同，约每秒10000多平方千米。为什么冕洞存在的时间那么长，比黑子长得多?为什么它面积的增长速度和减小速度又大体相同呢?难以理解，也难以解释清楚。
前面说过，冕洞是太阳上的一种比较稳定的现象，这是科学家们长时间研究的结果。但是，空间观测给科学家们的提示是：日冕的短时间的“瞬时”现象，不仅存在，而且很壮观。从“天空实验室”对太阳所作的精细观测表明，日冕经常发生突如其来的、相当猛烈的抛射现象，大量物质一下子从冕洞排山倒海般地向四面倾泻，使附近的日冕部分发生明显的改变。一次这样的瞬时现象可以短到几分种，长到一二个小时。在此期间被抛出的物质少则数百亿吨，多则上千亿吨，物质被抛出的速度可以达到每秒500千米以上。这种瞬时现象是怎样发生的?是由于什么机制触发而形成的呢?它与太阳的整体活动有什么关系?等等，现在都还难以理解和解释。
科学家们确实已经知道了不少关于冕洞的物质和情况，也确实有许多现象还没有得到满意的解释。除了上面提到的冕洞的面积、寿命、增大和减小速度以及瞬时现象等之外，这里再列举几个方面：
冕洞的分布：最近20多年来，观测到的所有冕洞几乎都跟同一个太阳半球上的极区冕洞联系在一起，而且往往延伸到另一半球。换句话说，在太阳北半球出现的冕洞，从北极区开始向南穿越整个北半球，穿过赤道，一直延伸到南纬20°左右；南极区的冕洞则与南半球上的冕洞联结在一起，并一直延伸到北纬20°左右。为什么会是这样的分布情况呢?还不清楚。
冕洞的旋转：太阳大气中的多数现象的旋转情况是这样的：所处的日面纬度越高，绕太阳旋转的速度越慢。这就是所谓的较差自转，或较差旋转效应。冕洞似乎不遵守这种效应，它以自己的方式随着太阳自转，相对于太阳来说，它的位置基本不动，近似于所谓的刚体旋转。譬如同样都是在日面纬度40°处，冕洞的旋转速度比黑子要快7％左右；比赤道区域的冕洞只慢0．5％～1．0％，可说是相差无几。为什么冕洞不作较差自转?还不太清楚。
冕洞与磁场的关系：冕洞总是出现在太阳面上大而只有单极(正极或负极)的磁区域中，它因此而被区分为正极型和负极型两种。可是，并不是每个大的单极磁区中都会产生冕洞。就磁场强度来说，冕洞中的磁场是不均匀的；冕洞与无冕洞区的磁场并没有明显的差别，而且比太阳活动区要弱。可以认为，冕洞的产生和存在与磁场强度的大小，没有太大的关系，至少不是起主导作用的关系。
那么，冕洞究竟是怎么形成的呢?冕洞出现的频率有什么规律吗?冕洞的边界是如何逐步变化的?如果说，冕洞的发生和形成是由于太阳上的某种特殊过程的结果，那么这个特殊过程又是什么呢?冕洞及其所在的日冕，为科学家提供了许多令人惊奇而难以理解的现象，而对这些现象的本质的认识，我们还处在茫然无知或者说刚开始的阶段。