什么是黑洞？

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黑洞的自白：我是一个自闭症患者




我们只是数理哲的仆人，只是想将科学与自然融会贯通互相印证，让更多人具备理性思维、科学眼光、数理知识、哲学头脑，以及一颗人文关怀的善心。——詹克明
01  以弑母之名而生，我是天生的自闭症患者

我是一个孤儿，天生原罪，出生的那一天起，就弑杀了自己的母亲。


我的母亲曾是一颗燃烧的恒星，她给宇宙带来百亿年光亮，然而，她的生前越是绚丽灿烂，死后越是晦涩暗淡。但并不是每一个恒星母亲都能诞生黑洞，我的母亲质量至少超过3到4个太阳，无论放在哪个星系，她也是光芒四射的大小姐。


母亲怀我的过程非常艰难：随着体内的原子核不断从氢（H）聚变至氦（He）再至铁（Fe），中子间的泡利斥力不足以抗衡自身引力。最终火烬炉寒，激情不再时，母亲抱着自己坍缩到引力半径之内，漂亮的容颜彻底褪去，直至彻底消失。这时，她的孩子诞生了，是一种无法用肉眼直接分辨的奇异星体——黑洞。


不过，我的诞生也可能来自某场宇宙交通事故。比如，两颗恒星的大打出手，往往会造成星系级的巨大黑洞。
但不管是诞生于恒星熄火，还是惨烈车祸，我从出生那天起就晦气至极，从来没有获得过诸神祝福。没有爱的我迅速成长为宇宙的撒旦，既没有继承母亲的闪耀光芒，也不像小弟白矮星那样给人温敦矮胖的错觉，成了所有人避之不及的恐怖之源。


02  黑洞家族有异类，我有时候也柔情似水

背负着弑母的罪孽，我成了一个自闭症患者，把自己隐藏在宇宙深处，伪装成一团捉摸不透的漩涡，需要借助专注于X射线和伽马射线的望远镜才能从侧面观测到我的存在。


我将从母亲那里继承来了的质量压缩成一个点，这个点就是传说中的奇点。它是我力量的源泉，就像《指环王里》魔界世界的戒指，它虽然小，却是世界的中心。


正因为奇点的存在，任何东西都无法挣脱黑洞的吸引，连光都在劫难逃。在外人看来，我给自己划定了一片魔域，这魔域被称为“视界”，即黑洞可见区域的边界，谁敢进入我的领地，一定会万劫不复。
但这里也存在一个误区，很多人以为黑洞就是宇宙海洋里的小漩涡，它应该不会有太大面积。其实并非如此，如果黑洞的妈是一颗史诗级的巨大恒星，黑洞的奇点也将威力无穷，能编制星系级巨大的隐形衣。这足以使它傲娇地盘踞在星系中，享受着众多迷人恒星的拥簇和瞻仰。例如，在地球25000光年外，就静卧着一个直径长达2400万公里的巨型黑洞（吓死宝宝了）。不过，如果把从视界开始的距离都算作黑洞，你会发现，这些巨大的黑洞的平均密度其实和水一样稀薄，那一大团不可见的区域，实际上处于真空状态。小小的奇点，所能撑起的隐形衣却是如此硕大，足以使人类的常识失效。《星际穿越》这部电影被科学爱好者质疑的一点就是人进入黑洞之后怎么可能安然无恙，应该早就被黑洞这个大魔王撕成碎片，其实并非全然如此，有时候黑洞也是非常温柔的。


从外观来看，所有的黑洞都是一团不可见之物，区别仅在于尺寸。但实际上，黑洞兄弟们彼此拥有不同的内核，在隐形衣下展露不同的姿态。最简单的黑洞是球对称的史瓦西黑洞，此类黑洞在引力半径   处，尽管史瓦西黑洞结构简单，但它也是黑洞兄弟之中最短小精悍、凶神恶煞的。相比之下，转动的克尔黑洞则温柔了一些，猎物很有可能仅仅是被困在黑洞中，而非被吞噬殆尽。被捕获后的猎物将在一片空虚中永远不被消化。天长地久有时尽，黑洞爱恋无绝期。有时候，黑洞并非那么残暴。


03  我是一个站在食物链顶尖的吃货

作为一个吃货，我接受人类的指责，因为我的食谱复杂到超出地球生物的理解范围：既站在食物链的顶尖，又充当分解者的角色。我试图把一切能吸引来的东西都纳入体内，并悄悄吃掉对方。这种暴食症简直到了丧心病狂的程度，对食物毫不挑剔，从星体到光子，全都可以列入日常菜单。当黑洞“打嗝”时，某个无辜的天体就被“吞噬”了；当黑洞“进食”大量物质时，仅有高速等离子喷流从嘴唇边逃逸而出。


站在食物链的顶峰注定非常寂寞。如果说恒星还能利用核聚变产生的滚滚热浪与周围的伙伴们眉目传情，黑洞则完全没办法和朋友热切交谈。如果哪一天我想找个朋友时，只能通过质量优势，用引力将其它恒星强行奴役在自己旁边，围着自己旋转，我不知道如何表达爱意，只会像山贼一样将美女绑回来当成“压寨夫人”。所以我的孤独也咎由自取，我天生就是一个孤儿，不知道如何与人交往，倘若某颗星星奋不顾身地前来拥抱我，我只会把对方当成食物，这有点像人类的螳螂新娘。


在银河系间，一个质量超过1500个太阳的巨型黑洞，正奴役着一颗恒星，使其以6000km/s的速度绕己公转，这速度，比一颗围绕着原子核公转的电子的平均速度还快。显然，这种陪伴是无声的，不对等的。因为，黑洞辐射出的物质太少了，并不能同其它宇宙星体对等交换信息。


因为没有爱情和友情，我的自闭症越来越严重，开始破罐子破摔，用永不停息的进食来抚平一个孤儿的心理创伤。我不想再记起任何东西，除了总质量M、总角动量J、总电荷Q这基本的宇宙“三观”之外，我选择了遗忘。从另一个角度，黑洞的这个属性也造就了一种科学极简美，即只要人类知道了黑洞的总质量M、角动量J和电荷Q，就知道了黑洞的一切。但这种美感也是荒谬的，我的母亲曾经创造了多元世界，而我却如此简单而浅薄。


04  黑洞的自白：请原谅一个孤儿的七宗罪

贪婪，总要付出代价；暴食，总会让一个人患上重病；自闭，最终让一个人选择永远离去。这是一个放之宇宙皆准的普世真理，我因为自己的饕餮最终背负贪婪之罪走向生命尽头。


我在不断地进食周围辐射时，亦吃下不少无法消化的东西，其中最难消化的就是带“负能”的粒子。根据信息论，信息相当于负熵，黑洞具备热辐射，其温度满足公式 ，式中KB是玻尔兹曼常数。随着黑洞吞食的负粒子越来越多，黑洞的热辐射也将越来越剧烈，而爱因斯坦的公式 表明，能量的损失会导致质量的损失。随着热辐射的加剧，黑洞质量折损，黑洞最终在劫难逃，一个十亿吨重的小黑洞，温度将高达1012度。随着热辐射的加剧，我终将背负着罪恶走向生命尽头。


面对死神的降临，我仍然执迷不悟，试图拉上宇宙一起陪葬。因为随着黑洞质量蒸发而不断丢失，黑洞的温度会逐渐上升，量子隧穿效应加剧。如果黑洞的质量变得足够小，黑洞周围极有可能会产生一个实真空泡。这个实真空泡会急速扩张，最终吞噬整个宇宙。


我用死亡震慑宇宙，宇宙将我投入炼狱予以反击。在宇宙炼狱里，我的死亡将不是一个瞬间，必须用正在死去的身体偿还生前所犯罪孽。距地球115亿光年外，一个死亡黑洞每年以800km/s速度源源不断地喷涌质量高达400个太阳物质，永不停息地为宇宙输送能量。


而这，仍不足以抵扣黑洞一生所犯下的滔天大罪。黑洞在宇宙天庭的审判书，已被永久封存，上面将书写着撒旦黑洞七宗罪：


嫉妒——粉碎母亲的一切信息
暴怒——不留情面地吞没所有闯入者
傲慢——极小的身躯却盘踞极大的空间
懒惰——将重要信息遗失于宇宙间
饕餮——吞食一切可触及之物
贪婪——占有一切却无法消化一切
淫欲——以黑暗之躯强迫其它星体。


05  大祭司霍金：黑洞不是黑的

我是一个天生的孤儿，一个极其严重的自闭症患者，所以我将自己隐藏在宇宙最深处，让人类彻底遗忘这个弑母者。然而有一个叫史蒂芬·霍金的人，30年前他就将我从时空洞穴里拖了出来，将我的罪孽暴晒于烈日之下，《时间简史》这本书就是整个事件的笔录。


30年过去了，史蒂芬·霍金的身体越发残缺，但眼神却明亮得像X射线，照进了我的灵魂深处，2017年，这次他却在为我解脱，说《黑洞不是黑的》，在这本书里，霍金开始反思，人类不能简单将黑洞视为一切物质终结者！


我不知道该如何应对这个世界，我觉得自己并不神秘，相反，拥有自由意志的人类让人羡慕，当你们仰望星空寻求宇宙之秘时，那是一种扑面而来的高贵，在我的视界里，人类才拥有宇宙最核心的奥秘。




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gonet8

黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。
1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild，1873～1916年）通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名为“黑洞”。
“黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体”。（电磁波）也逃脱不出。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小，热量无限大的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不可见。依据阿尔伯特-爱因斯坦的相对论，当一颗垂死恒星崩溃，它将聚集成一点，这里将成为黑洞，吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。
也可以简单理解为：通常恒星最初只含氢元素，恒星内部的氢原子核时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于氢原子核的聚变产生新的元素——氦元素，接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定，参与聚变时释放的能量小于所需能量，因而聚变停止，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”，是因为它产生的引力使得它周围的光都无法逃逸。跟中子星一样，黑洞也是由质量大于太阳质量好几十甚至几百倍以上的恒星演化而来的。
当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小于史瓦西半径），质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。

（两颗相互吞噬的黑洞）
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雨云儿

黑洞是当物质内的能量或质量超过了它自身引力上限后坍塌而成的。

静静的读你

在宇宙中有那么一些“点”，它们的体积趋向于零而密度无穷大。由于吸引力非常强大，所以物体只要进入离这个点一定距离的范围内，就会被这个强大的引力吸收掉，连光线也不例外。任何物体进入这个范围都没有办法再逃出来，就是说，在这个范围内，任何信号都没有办法传出，因此，这个范围的界被称做视界，人类无法看到里面的情形。所以科学家称之为黑洞。一颗燃烧尽了的恒星由于自身的重力而不断坍缩，最后就会形成黑洞。与别的天体相比，黑洞显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。

2支棒棒糖

建议阅读《黑洞简史》