1. 引言

传统的观点认为：在无限小的尺度上都存在引力，大质量恒星坍缩后，小于施瓦西半径的天体形成黑洞，黑洞中引力无限大，物质密度无限大。本文第2部分分析了引力的产生、传播过程，认为在无限小的尺度上不存在引力。第3部分，分析了恒星坍缩过程和白矮星、中子星、黑洞的形成过程，说明物质密度极限为中子星密度，提出了黑洞概念中存在的问题。第4部分专门对施瓦西半径做了讨论。第5部回复了这样一个疑问，既然黑洞概念存在问题，那么现在流行的黑洞是什么？

2. 引力

目前公认宇宙万物之间存在四种基本相互作用力 [1] ，它们是：电磁相互作用力，弱相互作用力，强相互作用力，引力相互作用力。

电磁力是作用于带电荷的粒子之间。电荷有两种——正电荷和负电荷，同种电荷之间的力是互相排斥的，而异种电荷之间的力则互相吸引。典型的带电荷的粒子是电子，两个电子之间的电磁力比引力大10⁴²倍。

弱相互作用力制约着放射性现象，并只作用于自旋为1/2的物质粒子，而对诸如光子、引力子等自旋为0、1或2的粒子不起作用。

强相互作用力将夸克束缚在一起。一般认为，传播强作用力的媒介子为胶子。它只能与自身以及与夸克相互作用。

引力是每一粒子都因它的质量而受到的力。引力比其他三种力都弱得多，它会作用到非常大的距离去。

早期认为强力将原子中的质子和中子束缚在一起，更准确的这种力应该称为核力，可以证明，核力是引力在微观距离上的表现 [2] 。

偏转引力理论 [3] [4] [5] 认为质量的基本单位为核子(质子、中子的统称)，每个核子单位时间都发出大量引力子(如图1)，对于星球，星球内部的核子发出的引力子与星球内部其它核子发生作用，形成星球内部的凝聚力，星球外层的核子发出的引力子部分发往球外，在星际空间以引力能量波的形式传播形成引力场。当引力能量波中的引力子遇到其它星球的核子时，与其发生共振(如图2)，引力子被其它核子吸收，形成引力。每个引力子都携带能量h (普朗克常数)。

偏转引力理论根据共振原理推断，引力能量波的波长λ等于核子的直径(半径为r₀)。

$\lambda =\text{2}{r}_{\text{0}}=1.6\times {10}^{-15}\text{m}$(1)

引力能量波在空间的传输速度为光速c = 3 × 10⁸m，则引力能量波的频率为：

$f=\frac{c}{\lambda }=\frac{3\times {10}^8}{1.6\times {10}^{-15}}=1.875\times {10}^{23}\text{hz}$(2)

“核力是引力在微观距离上的表现” [2] 一文对引力和核力做了详尽的分析：此文认为任何非接触作用都是场的作用。在原子核中，电子可以自由运动，电子带负电荷，电子的跃迁产生光子。和半导体中的空穴一样，失去电子的中子形成质子，质子形式上带正电荷，带正电荷的质子不可移动。质子并不会发出带负电荷的光子形成电磁场，相邻的质子也不会处于对方质子形成的粒子场中，质子不会受对方质子场中传播子作用产生斥力。因此原子核中，质子之间并不存在电荷斥力。另一方面，引力能量波的波长λ为1.6 × 10⁻¹⁵m，在原子核内部，核子与核子之间的距离与引力能量波的波长相同，核子之间的距离对引力能量波与核子的共振影响不能忽略。核子之间的距离小于1.6 × 10⁻¹⁵m时，由共振曲线可以知道，核子之间产生能量交换的概率不大，设想核子为弹性球，此时随着距离的减小，核子之间的斥力会明显增加；当核子之间的距离等于1.6 × 10⁻¹⁵m时，核子本身的弹性斥力消失，引力能量波与核子的共振达到最强，引力能量波与核子交换能量最大，表现的引力也最大；当核子之间的距离大于1.6 × 10⁻¹⁵m时，核子本身的弹性斥不存在，由共振曲线可以知道，核子之间产生能量交换的概率迅速下降，表现为引力也明显下降；当核子之间的距离为1.5 × 1.6 × 10⁻¹⁵m时，核子之间能量交换接近于0，引力也接近于0；随后随着第二个周期的到来，引力子能量交换的概率会逐步增加，当核子之间的距离为2 × 1.6 × 10⁻¹⁵m时，引力达到第二个高峰，但是此时引力子交换的能量已经下降到第一个高峰的十分之一，以后随着距离的增加，引力会迅速下降。理想情况下，单个核子上一个周期发射引力子回到基态，下一个周期吸收引力子到激发态，同时另外一个核子上一个周期吸收引力子到激发态，下一个周期发射引力子回到基态，两个相邻核子之间每个周期都会交换引力子，这样可以计算两个相邻核子之间1 s内交换的能量，在理想情况下可达33 MeV。 ${}_1{}^2\text{H}$由一个质子和一个中子够成，也就是两个相邻的核子够成， ${}_1{}^2\text{H}$的结合能为2.224 MeV，在理想情况下，相邻核子之间交换引力子传递的能量为33 MeV，说明质子和中子之间的引力完全可以覆盖质子和中子间的结合能。由2个核子的结合能可以反推核子单位时间1s内核子实际发出引力子的数量。

由以上引力的产生和传播过程可以看出，核子间距离小于1.6 × 10⁻¹⁵m，核子间表现为斥力，因此在无限小距离上不存在引力。

3 黑洞和黑洞概念中的问题

恒星 [6] 起源于星际物质。星际物质相对集中的地方形成星云。一定量的星际物质受到引力扰动后，星际物质之间的引力就会起主导作用，使它们坍缩成密度更大的星云。密度大到一定程度时，星云就会分裂成若干团块。团块的密度更大。此后各个团块继续坍缩、分裂，直到几个更小的团块质量为0.08~150太阳质量时，引力的压迫点燃了团块内的热核反应。热核反应提高了恒星内部压强，进而阻止坍缩。等到热核反应能维持恒星自身动态的热平衡时，这颗恒星就完全诞生了。

恒星一生的主要时间在主序星阶段，演化的特点是恒星内部进行着以氢作为燃料的核聚变。主序阶段是恒星的青壮年期，恒星在这一阶段停留的时间占整个寿命的90%以上。这是一个相对稳定的阶段，向外膨胀和向内收缩的两种力大致平衡，恒星基本上不收缩也不膨胀。恒星停留在主序阶段的时间随着质量的不同而相差很多。质量越大，光度越大，能量消耗也越快，停留在主序阶段的时间就越短。质量等于太阳质量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恒星，处于主序阶段的时间分别为一千万年、七千万年、一百亿年和一万亿年。

当恒星中热核反应的燃料氢逐渐转化为氦时，氢聚变就不能维持下去了，恒星的结构就会发生显著变化。此时一颗恒星就度过了漫长的主序，来到了它的老年阶段。

当一颗恒星质量小于2.3倍太阳质量的恒星演化到主序晚期，体积膨胀形成红巨星。这一状态维持不了多久。在恒星彻底丧失活力之后，引力作用导致核心密度越来越高。当密度达6 * 10⁷克/每立方厘米时，由于存在电子简并压力，使得物质不再被压缩，此时核心就形成了一颗白矮星。与此同时，恒星壳层脱离了束缚，扩展到很大的范围，形成了行星状星云。约5万年后，行星状星云就会被吹散。

如果一颗恒星质量在2.3到8.5倍太阳质量，核心的氢燃烧完毕后，核心少许收缩，但是由于其质量很大，核心可以平稳地进入氦燃烧阶段。中心的氦燃烧完毕后，核心再次收缩。由于质量大，形成碳闪，它也许会导致恒星的不稳定状态，甚至导致爆炸，毁灭这颗恒星。如果幸免于此，那么恒星也终会变成一颗白矮星。

大质量恒星晚期出现洋葱结构。形成红超巨星。对于一个25倍太阳质量的恒星，氢可以持续燃烧700万年，氦可以燃烧50万年，碳燃烧600年，氧燃烧1个月，而硅只能燃烧1天。离开主序之后的不稳定燃烧可能使恒星多次进入脉动变星状态。大质量恒星将会在超新星爆炸中结束自己的一生。

恒星主要靠核聚变产生的辐射压力对抗自身的引力，以维持自己的形态。一旦核聚变停止，恒星将不可避免地坍缩。恒星的自身引力与电子简并压力相平衡时形成白矮星。白矮星存在质量上限(钱德拉塞卡极限)为1.44倍太阳质量。白矮星通常由碳和氧组成。它的内部不再有核聚变反应，不再产生能量。

恒星的自身引力与中子简并压力相平衡时形成中子星。中子星直径只有十多公里，但是每立方厘米的物质可重达10亿吨，因此自转速度极快，周期可能达到七百分之一秒，形成脉冲星。还有的中子星磁场很强，形成磁星。(中子星密度7.809E−17 kg/m³近似于每立方厘米的物质可重达10亿吨)。稳定中子星的质量上限为奥本海默极限。奥本海默极限密度1.95~2.05 × 10¹⁸千克/立方米，而中子星密度7.809E−17 kg/m³，奥本海默极限密度稍大于中子星密度。

传统的观点认为：稳定中子星的质量上限超过奥本海默极限时，中子简并压力无法阻挡引力的作用，导致星体变为黑洞。黑洞本身就是一个体积为零，密度无穷大的奇点，这使得它引力非常大，以至于存在视界，在视界半径之内的任何东西都不能以任何方式被观察。

本文认为：引力是核子发出引力子，引力子与其它核子共振交换能量的过程，核力是引力在微观距离上的表现，大家知道，核力在距离小于1.5 × 10⁻¹⁵m时表现为斥力，核力就是引力，因此引力在小于1.5 × 10⁻¹⁵m时也表现为斥力，不存在“引力无穷大，密度无穷大，体积为0的奇点”。奥本海默极限只是说明稳定中子星的质量上限，并没有肯定质量大于奥本海默极限的恒星一定变成黑洞。

4. 施瓦西半径 [7]

1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，这个解表明，如果一个静态球对称星体实际半径小于一个定值，其周围会产生奇异的现象，即存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这个定值称作史瓦西半径，这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。

根据牛顿引力公式推导的施瓦西半径为：

$R_s=\frac{2GM}{c^2}$(3)

一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。太阳的史瓦西半径约为3 km，地球的史瓦西半径只有约9 mm。

传统观点认为：星球坍塌时，认为无限小的寸参上都存在引力。本文认为：引力的极限是核子尺寸，比核子尺寸小的物质之间不存在引力，天体最后终结最多是中子星，没有比中子星密度再高的天体。

设核子的质量为m₀，半径为r₀，密度为ρ₀，则中子星密度：

${\rho }_0=\frac{m_0}{\frac{4}{3}\pi r_0^3}=\frac{3m_0}{4\pi r_0^3}$(4)

太阳的质量：1.9891 × 10³⁰kg，太阳变成中子星的半径r_s符合

$\frac{4}{3}\pi r_s^3{\rho }_s=m_s$(5)

$r_s=r_0{\left(\frac{m_s}{m_0}\right)}^{1/3}$(6)

太阳变成中子星的半径为：8.472E−3 m，太阳的施瓦西半径3 km，太阳的施瓦西半径小于中子星半径，显然施瓦西半径对于太阳失去意义。

地球变成中子星的半径为：1.222E−2 m，地球的施瓦西半径9 mm，同样的地球的施瓦西半径小于中子星半径，显然施瓦西半径对于地球失去意义。

根据偏转引力理论，星球之间的引力与星球表面积成正比，由此可以推导施瓦西半径。

由修正引力公式：

$F=G_s\frac{4\pi r_1^2{m}_2}{R^2}$(7)

这里星球2很小，我们仅把星球1质量换成星球的表面积，在星球表面，r₁= R，星球2继续用质量表示，这样：

$F=4\pi G_s{m}_2$(8)

由牛顿第二定律：

$F=m_{2}a=m_{2}g$(9)

在这里，天体表面的加速度a等于天体表面的重力加速度g。

由(8)~(9)联解：

$g=4\pi G_s$(10)

在地球表面，g = 9.8 m/s²，所以G_s= 0.78 m/s²。

引力势能：

$E_g=m_{2}gh$(11)

将(10)带入，在天体表面h = R：

$E_g=m_{2}h\cdot 4\pi G_s=4\pi G_s{m}_{2}R$(12)

物体的动能：

$E_k=\frac{1}{2}{m}_2{v}^2$(13)

要使物体逃脱天体的引力飞向星际空间，动能应该大于势能，取该值的临界值，也就是物体恰好不能逃脱天体引力而飞到星际空间的瞬间值。

$\frac{1}{2}{m}_2{v}^2=4\pi G_s{m}_{2}R$(14)

这里光速c为临界值。

$R=\frac{c^2}{8\pi G_s}=\frac{{\left(3\times {10}^8\right)}^2}{8\times 3.14\times 0.78}=4.592\times {10}^{15}m$(15)

上式中，c为光速，带入具体数值可得到R = 4.592 × 10¹⁵m，太阳的半径为6.96 × 10⁸m，可见施瓦西半径对一般恒星失去意义。

5. 传统的黑洞概念存在问题，那么黑洞是什么？

图3是旋转星系示意图。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。科学家认为：银河系的恒星都围绕银心部位可能存在的一个超大质量黑洞公转，所有大型星系中心都存在超大质量黑洞。由此可以看出，黑洞就是大型旋转星系的中心。把旋转星系看成宇宙中的涡旋，黑洞就是涡旋的涡核。

2014年初，霍金曾通过论文指出在经典理论中黑洞是不存在的，并提出了新的“灰洞”理论 [8] 。该理论认为，物质和能量在被黑洞困住一段时间以后，又会被重新释放到宇宙中。同年，美国北卡罗来纳大学教堂山分校理论物理学教授劳拉·梅尔西尼–霍顿 [9] 提出，垂死的恒星在发生最后一次膨胀后，就会爆炸，然后消亡，奇点永远不会形成，黑洞视界也不会出现。根本就不会存在像黑洞这样的东西。

6. 结论

本文分析了引力的产生、传播过程，认为在无限小的尺度上不存在引力，物质密度极限为中子星密度。施瓦西半径、黑洞和奇点只是未考虑引力极限和物质密度极限的数学推理。

参考文献