黑洞是不是暗物质？
黑洞是不是暗物质？
在一些人头脑中，认为黑洞很“黑”，因此看不见；暗物质很“暗”，也是看不见。既然这样，它们不就是一回事了？看不见似乎成了暗物质和黑洞的一个共同特点。
这是一个常见的认识误区。其实黑洞和暗物质是完全不同性质的两个事物，它们从来源、生成条件、表现方式、作用机制都是不一样的。下面我们就一起来讨论和认识一下这两个事物。
先说说黑洞形成的条件。黑洞是巨大质量的天体，在自身极端的引力压力下，物质无法支撑可见的存在形态，被压缩成比基本粒子还小，最后成为无形质量，并无限坍缩到核心那个无限小奇点上。奇点具有“四个无限”性质，即体积无限小、密度无限大、温度无限高、曲率无限大。
黑洞的解是著名的物理学家、天文学家卡尔·史瓦西在1916年发现的，他在爱因斯坦刚发表的广义相对论场论基础上，得到了一个重力场的精确解，即任何具有质量的物体，都有自己的史瓦西半径，这是一个球状对称空间。
史瓦西半径的计算公式为：R=2MG/c^2。R就是史瓦西半径，M为物体质量，G为引力常量，c为光速。这个公式的含义是，不管这个物体有多大，一旦被巨大力量压缩到自己质量的史瓦西半径以内，就会成为一个黑洞，中心是具有“四个无限”特点的奇点，奇点周围会形成一个以史瓦西半径为界的球形空间，这个空间有无限曲率，任何物质进入这个范围都会被吃掉，消弭于无形的奇点里，光也无法逃逸。
这个球形的史瓦西半径有多大呢？太阳质量为1.9891*10^30kg，根据公式计算其史瓦西半径约3000m（米）；地球质量为5.965*10^24kg，史瓦西半径只有约9mm（毫米）。就是太阳这个半径约70万km的球，如果被压缩到只有3km半径这么大，地球这个半径6371km的球，压缩到半径9mm这么大，就会成为一个黑洞。
质量再小的原子、质子、中子、电子，都有史瓦西半径，理论上，把它们压缩进自己的史瓦西半径里，都会变成一个微型黑洞。但目前人类发现的黑洞，都是在自然条件下形成的，而且都是大质量天体形成的，最小质量的黑洞约为太阳质量的3倍。
既然黑洞是“黑的”，为啥还能发现呢？黑洞的“黑”不是我们通常认为那种“伸手不见五指”的黑，而是完全“没有”的黑，就像不存在一样，因为光都被它“吃了”。既然如此，为什么还能够被科学家发现呢？这是因为黑洞虽然隐形了，但其自身“气场”太大了，实体隐形了，但“气场”隐不了。
这个“气场”就是黑洞的电荷、质量、角动量。根据爱因斯坦场论，质量会导致时空弯曲，也就是形成引力，黑洞不见了，但它巨大的引力依然存在于宇宙空间，由于黑洞体积很小，靠近黑洞的天体或任何物质，都会被其强大的引力所捕获，渐渐吃掉。
这样就会在黑洞周围形成一个吸积盘，所有天体物质都被黑洞的角动量带着旋转，越靠近的物质旋转就越快，在黑洞史瓦西半径的交界处，旋转速度甚至接近光速。物质在这种极速的碰撞中，迸发出巨大的能量，发出耀眼的光芒，不但发出可见光，还会迸发出能量射线，如紫外线、X射线、γ射线等，这些可见光和不可见光都会被望远镜和相应的科学仪器所捕捉，因此黑洞就现形了。
黑洞巨大引力的存在，还会对周边的天体造成扰动，通过观测周边天体奇怪的运行轨迹，即便没有吸积盘的黑洞，也会被发现。如距离我们只有1000光年的HR 6819三星系统（上图），就是通过两颗运行轨迹奇异的恒星发现的。这两颗恒星围绕着一个看不见空间绕着圈子，经过长期观测计算，科学家最终得出结论，中间是一颗具有4倍太阳质量的黑洞牵扯着这“两兄弟”。
再来说说暗物质。最早提出暗物质可能存在的是荷兰物理学家雅各布斯·卡普坦。科学家们通过大量的天文观测，发现大尺度天体运动似乎是违反了牛顿万有引力定律，比如星系团的星系质量总和，产生的引力根本无法束缚这些星系形成一个这样的星系团，按照万有引力定律，这些星系将会四分五裂一盘散沙。
是什么力量让这些星系维持着一个有序的抱团状态呢？是牛顿错了呢，还是这个世界还存在看不见没发现的东西？经过大量的观测研究，科学家们倾向于牛顿没错，还是有些东西没被发现，或者说无法观测，人们就把这种观测不到的物质命名为“暗物质”。
经过测算，这种暗物质占宇宙全部物质总量的85%，也就是说，我们宇宙中可以看见的物质只占5%，看不见的物质占85%。只有这样，才能够符合牛顿万有引力定律。现在，科学界精确计算出宇宙总质能包括68.3%的暗能量，26.8%的暗物质，4.9%的可见物质。
通过对宇宙各个方向的星系团观测计算表明，只要将暗能量比例代入计算，牛顿的万有引力定律又回来了，准确了。由此可以认为，牛顿没有错。在这广袤的宇宙空间，的的确确存在着一种神秘物质，不但不被我们的视网膜所感知，对迄今为止的任何射电射线望远镜和科学仪器都不感知。
暗物质存在的间接证据。既然人类目前无法通过任何仪器找到“暗物质”，有哪些证据证明暗物质存在呢？
暗物质最主要的作用，还是质量和引力。在我们看不见的空间，到处都存在着暗物质，这些暗物质具有质量，而引力是质量的基本属性，凡有质量的东西都具有引力，因此暗物质的引力无处不在。正是暗物质作用，才使各种天体能够形成，并且能够聚集成团，以致形成整个宇宙大尺度结构。可以说没有暗物质，就没有今天的宇宙，也没有你我的存在。
由于暗物质不参与电磁相互作用，而且与光子相互作用也非常微弱，因此暗物质不发光，我们无法看到；暗物质也不参与强相互作用，否则宇宙最开始核子的合成就会受到扰动，现在的宇宙元素组成就不会是这个样子了。
很可能在宇宙大爆发不久，暗物质就存在了，100多亿年来一直影响着宇宙的形成和演化，因此暗物质存在是稳定的。通过计算机建模模拟，暗物质的运动速度远远低于光速，否则宇宙无法在引力作用下形成如今的大尺度结构，因此暗物质又被称为“冷暗物质”。
这些暗物质存在的证据，都是间接得出的，至今人们并没有观测到暗物质到底是什么样子，有多大和什么样的结构。
暗物质的蛛丝马迹。曾经有人认为中微子是暗物质，事实上中微子也有诸多性质和暗物质差不多，比如，都无法被直接观测到。但中微子有两点与“冷暗物质”不同，其一就是其以接近光速运行，因此被称为“热暗物质”；其二，中微子整体质量远远不足以支撑整个宇宙的引力，只占宇宙总量的约0.0034%。
现在，人们在千米深的地底下建造了很多设施，也发射了许多探测器和卫星，还在大型对撞机里面做了很多实验，通过这种立体方式布下天罗地网，企图找到暗物质的蛛丝马迹，但迄今为止还几乎没找到一例直接证据，这个“幽灵”到底啥模样，能否揭开还是个未知数。
现在，我们可以看看黑洞和暗物质有哪些不同。首先，它们存在的形式是不一样的。黑洞一般是局部存在的形式，是单个的天体，影响范围只是一个区域；暗物质是弥漫性存在的，遍布宇宙每一个角落，影响范围是大尺度天体结构，在单个天体系统无法测量其存在。
其次，它们的隐身方法是不一样的。黑洞只是隐藏在某一个角落，但掩盖不住自己的“气场”，对周围天体物质会产生可观测的影响，甚至轰轰烈烈的吞噬，因此较容易被发现；暗物质的影响是大尺度难以确定范围的，而且是铺天盖地润物细无声的渗透，小尺度上可以忽略不计，但在整个宇宙，所有可见物质都无法逃脱其控制。
因此，这两种存在，一个是微观，一个是宏观。虽然都可以间接观测，但对黑洞的观测是可以形象看得见的观测，而对暗物质是只可意会，不可言传，主要是通过数理建模，逻辑运算得出的结果。
自然界存在着两种基本的状态，其一是由离散的量子形成的空间，其二是由量子组成的封闭体系即物质。前者是物理背景，后者是物理对象。黑洞属于封闭体系的范畴，其特殊性在于封闭性较大。根据有机的观点，任何物体的封闭性都是介于0-1之间的，不存在绝对的黑体。所以，黑洞不黑，否则的话，也不可能对外形成引力场。至于暗物质，只是为解释偏离万有引力公式现象而特设的。在科学史上，用特设外在的因素的方法来解释特定的物理现象，大都没有什么好的结果，最终都会由具体的物理机制所取代。如燃素说被氧化机制取代，灾变说被进化机制所取代。之所以会出现偏离万有引力公式的现象，是因为万有引力公式是基于空间平直的理想化公式，而现实是，巨大星系的转动会使其附近的空间部分地随之旋转，空间并非平直。所以，黑洞不黑，暗物质不实，黑洞非暗物质，宇宙有机统一。
黑洞是什么？大家可以参考北京科学出版社出版的新书“从夸克到宇宙”该书引用了蔡荣根和曹利明先生的文章：黑洞的本质，其观点认为“所谓的黑洞就是相对论性时口中，连光都逃逸不出的区域。在量子层面上，黑洞肯定不是简单的由质量、角动量和电荷这三根毛来标识，它应该具有更多的量子毛…黑洞是不是暗物质？请参阅【从夸克到宇宙】。
