【菜科解读】

如果让你列举出几个最熟悉的科学家，估计爱因斯坦绝对是脱口而出的第一位；

如果再让你说出几个最熟悉最感兴趣的科学术语，想必黑洞一词的出场率绝对是在前三。

爱因斯坦实际上，黑洞这一宇宙天体，最早就是从广义相对论的框架中诞生的，也就是说它是被理论预言出的天体，而当时人们对黑洞是否真实存在还有很大争议，比如爱因斯坦本人，他最早是不承认这种怪异天体的。

人类首张黑洞照片但就在2019年4月10号，晚上9点，人类历史上首张直接拍摄的黑洞照片被公布了，要知道这个意义非同小可，如果说此前数十年黑洞的存在证据都是科学家们间接获得的，那么这次就是真的找到了一个黑洞，并且对它照了个相。

这无疑是人类天文史上一次重大的事件，也同时验证了百年前爱因斯坦提出的广义相对论的正确性，虽然此前所有关于广义相对论的验证无一例外都是成功的。

从历史上看，黑洞的萌芽应该是处于牛顿经典力学时代，英国天文学家米歇尔和法国物理学家都提到过一种被称为暗星的天体，或者说一种理论上可能存在天体。

这种天体的引起极强，甚至光子都无法从它的表面逃离（这一句描述和今天很多科普文章对黑洞的描述大同小异）。

暗星但我们要知道当时还处于牛顿力学体系，光被认为是由一个个小光子微粒组成，那么关于如何束缚光子，使其不能从暗星表面溜走，其思考计算过程和预测一块飞出去的石头轨迹并没有什么两样。

在这一点上，现在的高中理科生也完全有能力将相关公式推导出来，为此拉普拉斯还特地在他的著作《天体力学》中，写上了暗星的相关介绍。

不过因后来的双缝实验被大多数物理学家所承认，导致当时科学界认为光是波，而非微粒光子。

所以之前按照光微粒得到的暗星概念，也被大家很快遗忘。

当然啦，现在我们知道光有波粒二象性（这一点还是的感谢爱因斯坦），因此从光子角度也是正确的。

波粒二象性但这并不能使得当时的暗星概念再度复燃，因为需要加入相对论效应进去，毕竟当时在拉普拉斯等人的计算中，光子动能还是按照牛顿力学中的1/2mv^2进行处理的，而相对论动能公式和这个是不一致的。

黑洞的真正意义上的开始，是从爱因斯坦提出广义相对论后开始的，1915年广义相对论出世，1915年12月，德国物理学家史瓦西给出了其引力场方程的第一个精确解，它描述了一个球对称静止不自转物体的外部时空。

卡尔.史瓦西在黑洞科普文章中出场率最高的就属史瓦西黑洞了，还有个被称为史瓦西半径的术语，大家可以理解为黑洞的半径，在这个距离上，光线一旦涉足，那么久永远不能再飞出去（这和前几段描述的暗星大同小异）。

并且这个距离还有个名字，被称为事件视界（对于史瓦西黑洞来讲，史瓦西半径所勾勒出的表面就是它的事件视界）。

讲到这，我们会得出黑洞是不能发光的这一结论，那么这次人类拍摄的首次黑洞照片又是怎么回事？按理说不应该就是一团漆黑吗？那周围那一圈橘红色的光环又是啥呢？那是黑洞周边的吸积盘散发出的光，虽然黑洞不发光，但这并不能阻止黑洞外部对外进行热辐射吧？由于黑洞强大的引力，被吸引聚集的物质将会被挤压摩擦生热，只要还没进入事件视界，那么热辐射就能传播到外界，当然了，这种高频率的电磁波一般肉眼是不可见，但我们可以利用仪器进行观察拍摄。

这次直接拍摄的黑洞是来自M87星系 该星系是位于室女座的一个椭圆星系），它和地球之间的距离大约在5500万光年，也就说是，一束光需要耗费至少5500万年，才能从M87传播到地球，因此这次拍摄到的黑洞实际上是5500万年前的景象。

此外这颗黑洞的质量也是相当惊人，大约是太阳质量的65亿倍，因此其事件视界的尺寸也是相当恐怖的，半径大约是海王星平均轨道半径的四倍多，所以这个黑洞完全可以把我们整个太阳系包进去（以八大行星为边界）。

而人类所使用的相机则是分布在世界各地的八台射电望远镜（分布地分别为：南极、智利、美国、墨西哥、西班牙等），利用相关技术可以等效出一台口径差不多是地球直径的望远镜，对这颗远在5500万光年之外的黑洞拍了一张照片（并且要注意一点，这个黑洞照片并不是立即得到的，而是经过了两年的时间才分析处理出来的，也就是说黑洞的拍摄时间是2017年四月份，直到今年2019年四月才正式发布）。

恒星演化在理论上，我们说了黑洞的独特性质，那么在演化方面呢？它是凭空出现的吗？很显然，凭空出现是不可能的（量子力学先不谈），黑洞的出现一般都是从恒星演化而来。

而这个演化的关键就在于恒星的质量，恒星质量越大，那么演化后的天体就越恐怖。

以我们的太阳为例，它在衰老死亡后最终将变为白矮星（因为它的核心质量小于1.44倍太阳质量），而对于那些核心质量在1.44倍到3倍太阳质量之间的恒星，他们的衰老死亡后将变为中子星，质量再大的恒星就将成为黑洞。

霍金辐射最后还有一点没说，那就是著名的霍金辐射，是霍金教授在黑洞研究中最重要的成果之一。

在之前的讲述中，我们似乎把黑洞描述成了一个一毛不拔的铁公鸡，但实际上并不是这样。

黑洞的只是吝啬，你要它主要吐东西出来是不可能的，但在量子力学中，却有办法从外部悄无声息的偷点东西出来。

量子涨落在空间各处都机会发生，如果恰好发生在黑洞附近呢？虚粒子对在形成后，还未来得及湮灭，如果其中的一个负能粒子被黑洞吸入，那么另一个正能粒子就将逃离黑洞（这个过程被称为霍金辐射）。

而负能粒子进入黑洞后的体现，在外部观察中，就是黑洞的质量减少了，毕竟黑洞的无毛定理已经规定：对于一个黑洞，我们只能知晓它的质量、电荷和角动量等三个信息。

黑洞无毛定理本篇文章的内容到此结束。

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时空弯折的终极秘境 黑洞藏着光线逃不出的边界

强大引力不断拉扯弯折空间，形成一道无形的事件视界，哪怕是宇宙中速度极限的光，一旦跨入这片范围，也再也没有办法向外挣脱逃离。

聊聊黑洞的形成本源，看懂时空弯曲的原理，便能明白光线被困的深层缘由。

广袤宇宙中，万事万物都会带来时空形变，质量越大的天体，对周边时空的弯折效果就越明显。

平日里地球、恒星带来的曲率变化十分微弱，我们很难直观察觉，光线穿行其间只会出现轻微偏移，依旧可以顺畅传播。

可黑洞截然不同，它由超大质量恒星晚年坍缩演化而来，星体内核急剧向内收拢，体积不断压缩，质量却高度汇聚，让周遭时空被剧烈拉扯扭曲。

极度密集的质量，催生出恐怖的时空曲率，空间不再保持平直状态，如同一张被重物狠狠按压凹陷的弹性薄膜，越靠近中心位置，弯折程度就越发夸张。

这种肉眼看不见的空间形变，正是黑洞一切奇特现象的根源，也构筑起专属它的宇宙规则。

事件视界便是时空弯折形成的临界分界线，没有实体轮廓，却划分出两种截然不同的物理世界。

界线外侧的时空曲率相对平缓，宇宙常规法则正常生效，光线、星际物质可以自由穿行，天体也能按照既定轨迹运转，光线能够毫无阻碍地向四面八方传播扩散。

一旦跨过事件视界，时空曲率瞬间飙升至极值，空间结构彻底扭曲塌陷。

此刻所有运动规律都会被改写，光线即便以最快速度行进，也只能顺着弯折的空间不断坠向黑洞核心，完全找不到向外逃逸的路径。

光无法逃离视界范围，也让黑洞拥有了漆黑无光的外表。

本身不会向外辐射反射光线，外界光线落入其中也尽数被束缚吞噬，没有光能抵达观测者视野，所以人类无法直接目视黑洞本体，只能依靠引力效应、光线偏折等间接痕迹判断它的存在。

时空曲率带来的束缚力，不止困住光芒，也禁锢住所有物质与信息。

任何行星、星云碎片、宇宙尘埃，不慎闯入事件视界之后，都会顺着扭曲的空间持续下坠，最终汇聚到中心奇点。

外界永远无法获取视界内部的状态变化，这里成了宇宙天然的封闭秘境。

对比普通天体就能清晰看出差距，行星、恒星的时空弯曲程度有限，物体只要达到对应逃逸速度，就能脱离引力影响。

黑洞曲率突破临界阈值，直接锁住光速运动的光线，成为宇宙中独一无二的时空牢笼。

人类依靠天文观测不断探索黑洞奥秘，从捕捉引力波，到拍摄黑洞实景影像，一步步印证时空曲率的相关理论。

这份极致弯折造就的特殊天体，不断颠覆着人们对时空的固有认知，也指引着人类持续探寻宇宙更深层次的奥秘。

吞噬一切的宇宙深渊，黑洞引力藏着光速禁区

它拥有世间顶尖的引力束缚力，独特的视界边界划分出截然不同的时空领域，只要踏入视界范围之内，就连每秒三十万公里的光速，都没办法挣脱引力拉扯向外逃离。

今天就用闲聊述说的口吻，聊聊黑洞引力的奇特特性，讲讲视界的划分意义，理清为何光速都无法从黑洞内部脱身，一同揭开这片宇宙禁区的神秘面纱。

宇宙天体的引力强弱，一直和自身质量、密度牢牢挂钩。

普通恒星、行星的引力，只能束缚周边卫星与星际物质，物体只要达到对应速度，就能摆脱引力飞向深空。

而黑洞诞生于大质量天体的末期演化，巨型恒星燃料耗尽后，再也无法支撑自身庞大躯体，核心在自身重压下急剧向内坍缩，体积被无限压缩，密度飙升到难以想象的地步。

极致致密的结构，催生出碾压所有常规天体的超强引力，这也让黑洞拥有了独一无二的宇宙统治力。

从黑洞形成的那一刻开始，它就注定成为宇宙里特殊的存在，和我们熟知的星体运转规律彻底区分开来。

围绕黑洞存在一层无形的边界，这便是人们常说的事件视界。

它没有实体外壳，肉眼无法直接看见，却是一道无法逾越的分界线。

视界之外的宇宙空间，依旧遵循常规物理规则，光线、星体、宇宙尘埃都能自由穿梭，天体也可以依靠运动速度远离黑洞影响范围。

一旦物质、光线跨越这条无形界线，彻底进入视界内部，一切都会发生颠覆性改变。

黑洞恐怖的引力会牢牢锁定内部所有存在，再也没有力量能够带着物质脱离这片区域。

衡量天体引力束缚能力，有一个关键参照标准就是逃逸速度，也就是物体摆脱天体引力束缚，飞向宇宙远方需要具备的最低速度。

地球有着自身对应的逃逸速度，火箭突破临界数值便能冲出大气层奔向太空，太阳系里的各大行星、恒星，都有着各自固定的逃逸速度门槛。

黑洞打破了常规天体的速度极限，视界内部的逃逸速度直接超越光速。

光速是目前人类认知里宇宙最快运动速度，连光线本身都没办法积攒足够速度冲破引力牢笼，其他星体、星际物质自然更没有脱身的可能。

光线坠入黑洞视界后，无法向外反射、传播，我们没办法捕捉到黑洞自身散发的光亮，这也是黑洞漆黑一片、难以直接观测的根本原因。

任何闯入视界之内的物质，不管是庞大的恒星残骸，还是细碎的气体尘埃，都会被强大引力不断拉扯撕扯，最终向着黑洞中心奇点不断坠落，彻底消融在这片深渊之中。

超强引力不止禁锢视界内部的一切，也会剧烈扭曲周边时空。

靠近黑洞的星体运行轨迹会被强行弯折，光线途经周边空间也会发生明显偏转。

不少遥远天体发出的光芒，在奔赴地球的途中靠近黑洞区域，都会被引力改变行进路线，这也给天文观测带来了奇妙的视觉效果。

科研人员依靠光线弯折、天体异常运动等间接痕迹，一步步推算黑洞位置，测算它的质量与引力强度。

时至今日，人类依旧没办法近距离抵达黑洞视界实地探查，视界内部的时空结构、物质形态，还留存着大量未解谜题。

光速无法逃逸的特性，让黑洞成为宇宙天然的隔绝领域，里面的一切变化都无法向外传递信息。

黑洞凭借极致强大的引力，划定出超越光速束缚的视界禁区，成为宇宙中最神秘的深渊天体。

这份打破常规物理认知的特质，不断吸引着人类探索研究，随着天文观测技术持续进步，未来我们也会慢慢解锁更多黑洞隐藏的宇宙奥秘。