黑洞是天体吗？

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如果恒星质量更大，在坍缩过程中没能抛弃足够的质量形成稳定的白矮星或中子星，那最后将形成黑洞。

黑洞是广义相对论预言的一种非常奇特的天体，拥有极高的密度，引力强到连光也无法逃脱，因此看起来漆黑，仿佛宇宙在那里破了个洞，所以黑洞这个名字也很贴切了。当然，我们目前已经拥有了一些观测证据，黑洞是存在的已经被绝大多数人接受。

在爱因斯坦提出广义相对论之后，史瓦西首先求得了一个静态的球对称解，即真空的史瓦西线元，这个解分别在r=0与r=2M处具有奇异性，后来我们证明，前者是真奇异性，后者是坐标奇异性，于是我们进行延拓。下图就是史瓦西时空的克鲁斯科尔最大延拓。这张图很重要，下题还会用到，其中蕴含的信息也很丰富，我们挑用得到的讲。

左图中A与A’为两个无因果联系的渐进平直区，B为黑洞区，W为白洞区。T为时间，X是空间，这张图压缩了两个空间维度，阴影区外任一点都代表一个球面，阴影的分界线是两条双曲线，该双曲线的渐近线正是两条N线，分界线上r=0，具有真实的奇异性，因此，阴影区内的点并不存在。两条N线与坐标轴夹45°角，其上r=2M，这两条线同时也是两条径向类光测地线，在这两条线上，时间没有意义，是发散的（见右图），这正是史瓦西线元在此处的奇异性的来源。其在非阴影区可见其不具备奇异性。

A区的r满足2M＜r＜∞，正是史瓦西线元描述的时空，也是我们延拓的出发区。我们就在这一区域内。

在我们进行延拓后，我们正式证明了在r=2M处，不具备物理的奇异性，这就意味着发生在A区的事件可以简单地穿过N线进入B区。反之，如果这里具有奇异性，这样的穿越可能有些未知的物理过程。

前面说到，N线是一条径向的类光线，所以，A区的所有内向的（r值越来越小的）、指向未来的类时或类光曲线都将穿过N线，进入B区，最终落入奇点（r=0处），反之，则不可能，N线，是一条单向“膜”，事实上，这就是黑洞的视界。B区就是黑洞。

由伯克霍夫定理，爱因斯坦方程的球对称解必为史瓦西线元，所以球对称坍缩的天体不可能进入W区或A’区，如果天体质量够大，坍缩一直持续到r=2M，那就再也没有挽回的余地了，所有天体在越过N线后只会不停坍缩，直至被压缩到奇点r=0处。这张图就是克鲁斯科尔坐标系中恒星的坍缩。这张图对时间做了一次变换，可以更形象地向我们揭示了视界的奇特性质，可以看到，视界之外的物体如果是外向的，将不会有什么影响，但如果在视界之内，将永远无法摆脱，最终只能归于奇点。