到底什么是黑洞？

我想每个人都可能听过黑洞这个词语，但是有多少人真正了解黑洞呢？今天，我就给各位介绍一下黑洞到底是个什么东西，它有多么神奇！

首先先纠正一个概念，黑洞不是洞，它是一个球型的天体。

在1783年，英国的自然哲学家约翰米歇尔给亨利卡文迪什写了一封信，信中他设想了一个神秘的天体；信中提到，假设有一个半径只有三公里，但是质量与太阳相当的一个球型天体，那么它应该是看不见的，因为就连光也没有办法逃出它的引力。

13年后，法国物理学家拉普拉斯预言：“一个质量等于250个太阳，直径等于地球的发光恒星，由于其引力作用，将不允许一切光泽离开它。所以由于这个原因，宇宙中最大的发亮天体，却不会被我们望见。”

为什么质量大体积小的天体我们看不到呢？我们先引入一个概念叫做逃逸速度，意思是在一个天体上，如果一个物体达到一定的速度，就会使其脱离天体的万有引力飞向宇宙。这个速度就是逃逸速度。

例如，我们地球的逃逸速度就是11.2km/s（又称第二宇宙速度），只要一个物体达到了这个速度，那么这个物体就会脱离地球冲向太空。

这里给出一个星体的逃逸速度公式：

这个公式就是和拉普拉斯思路相同，根据牛顿的万有引力公式和其经典物理学公式推导而出的，G是万有引力常数：6.75410Nm/kg、M是星体的质量、R是星体的半径。

根据这个公式，只要算出v大于光速，那就是逃逸速度大于光的我们不可见的那个天体。而又根据爱因斯坦的相对论，光速是物理的最大速度，任何物体都达不到这一速度，所以这个天体就成了只会吸收东西而别的东西无法逃出来的黑洞。

1915年12月，爱因斯坦发表了相对论的1个月后，德国的天文学家卡尔史瓦西就已得出了爱因斯坦方程的精确解，其算出倘若某个天体的全部质量被压缩在一个很小的“引力半径”内，所有的物质能量就都会被囚禁在内。

2015年，史蒂芬霍金又提出了关于黑洞的一个新想法，就是与黑洞对应的白洞概念。也就是说，你掉进黑洞后可能并不是出不来，只是会掉入另一个宇宙。他认为黑洞不可能吞噬掉物理信息，这些信息会被存储在黑洞的视界面上。

但是这些讨论只不过在理论层面，没有人能够确切的证实黑洞是否存在，直到2019年4月10日，我们公布了处理完成的黑洞照片后，我们终于才目睹了这个我们研究了已经有200多年的东西。

那么黑洞在宇宙中是怎样形成的呢？

每个恒星其实都有其自身的“寿命”，就像人一样，恒星其实也会经历类似于人的婴儿，青年，壮年，老年和死亡。其原理就是恒星内部的核聚变效应，平常如果原料充足（氦和氢以至于之后的低价金属类元素），那么恒星就是熊熊燃烧大火球，恒星庞大的质量使恒星中心一直处于高压状态为核聚变提供了条件，核聚变产生的大量能量也支撑着庞大的万有引力；可是一旦原料用尽（所有元素均已变成了稳定的铁元素）内核便承受不住恒星外部的巨大质量，所有原子分子都被紧压在一起，恒星的半径也就小了下来。

根据上文中的公式，R减小，分母减小分子不变，那么V便增大了。如果V一直增大到了比光速还要大，那么一颗崭新的黑洞便出生了！

其实我们所见的黑洞并不是它的本体，我们只能间接望见它的视界面。视界面就像是一个壳，将真正的黑洞本体包裹在里面。因为只有在视界面内，光才无法逃出，而大于视界面距离的地方，由于万有引力并没有视界面内那么大，所以光可以逃出。

既然如此，黑洞会不会被毁灭？根据推测，是可以的。我们假定创造了一对正反粒子，而这两个粒子正好又在一个黑洞的旁边，那么这两个粒子的命运可能就会是正负湮灭，或者是一个粒子被吸入黑洞。我们假设反粒子被吸入了黑洞，那么根据量子力学，正粒子必定向与反粒子运动方向相反的方向飞去。我们把反粒子携带的能量叫做负能量，同样正粒子所携带的就是正能量。如果反粒子被吸入黑洞的话，因为时空弯曲，会导致正粒子无限向反方向飞出，根据能量守恒定律和质能转换，就相当于黑洞向外发射出了相当于正粒子质量相当的能量。如果正反粒子非常多，久而久之黑洞会因为散射正质量堆集负质量而被“蒸发”掉。

黑洞不像普通的物理物体一样，黑洞将所有本来含有的磁感线和正负电荷之类的东西都束缚在了视界上，留给这个宇宙合乎规则的表面膜的物理性质。而视界内部就像是是另一个宇宙，我们宇宙所有的物理规则在视界内部都会被颠覆，距离这一概念在其内部毫无意义。视界内的时空已经被引力拉成了非欧几里德的黎曼时空。这时所有的牛顿引力定律已经完全失效，只能用爱因斯坦的场方程勉强描述。

黑洞内部是量子力学的天下，我们再引入潮汐力这一概念，潮汐力指的是物体在相对靠近和远离两个部位所受的引力差。本来在我们我宇宙中，潮汐力是可以计算出来的，但是在黑洞内部由于奇点造成的量子混沌潮汐力是无法计算的，但是根据量子理论的概率云可以大致得出离奇点越远所受的的潮汐力就越小；而越靠近奇点，物体所受的潮汐力就越巨大，直到无限靠近奇点时，物体所受的潮汐力也无限大，直至将所有物质从粒子层面上撕裂，灰飞烟灭，融入奇点，失去物理意义（其实黑洞内已经没有了远近的概念）。

黑洞其实我们知之甚少，而黑洞对于我们却诱惑极大。那奇点就像被黑洞包裹在内的珍珠，如果我们有了奇点的相关性质，我们甚至可以突破我们所处宇宙的物理规则。只不过我们现在所有的理论都反复证实我们因物理规则永远无法看到奇点，但是我相信理论一定是没有极限的！