可怕的黑洞，到底是一个怎样的存在

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现如今，“黑洞”这个词经常出现在科幻大片里，我们也都不陌生。大家都知道它有着很大的引力，大到连光线都无法逃脱它的束缚。它到底是怎么产生的呢，今天我们就来了解下这个问题。

引力与速度

我们知道两个物体之间是有着引力作用的，当一个物体想要远离另一个物体时，需要具备一定的速度才行。就像我们发射的火箭想要脱离地球的引力作用，进入到太空当中，它的速度就必须要超过11.2km/s。我们把这个速度称之为逃逸速度。每个天体的逃逸速度是不同的，经过计算可知，要想摆脱太阳的引力，那么要求物体的逃逸速度必须大于620km/s。如果是想脱离引力更大的中子星，那么要求的速度是至少200000km/s，这个速度已经达到了光速的2/3。

火箭要想脱离地球的引力必须具备一定的速度

根据牛顿的万有引力定律，我们都知道物质的质量越大，它所具有的引力也就越大。那如果有一个天体的质量足够大，以至于大到所形成的引力使自己发出的光都无法逃脱，那这个天体就会看不到了。这个问题首先是由英国的天文学家约翰·米歇尔在1783年意识到的。他基于牛顿的光粒子理论，认为引力能够影响到光发出的粒子，并且有能力把粒子们都吸收回来。

引力强大的原因

质量大的天体会形成引力势井，在其附近的光被以螺旋状的轨迹拉到天体内部。黑洞内外的引力线在塌陷的势井内部越来越密集，表明引力越来越强大。爱因斯坦的广义相对论表明，当光线经过大质量恒星时，光线会沿着弯曲了的空间运动。当一个半径正好等于史瓦西半径的大质量天体坍缩之后，它所产生的引力势井会很深，光逃脱它的难度会很大。这就使天体内部发出的光线无法传播出去，这个天体就形成了黑洞。

黑洞的引力线

史瓦西半径是任何具有质量的物质存在的一个临界值，这个值通俗的含义就是一个球状物体的实际半径如果小于史瓦西半径，这个物体就会形成黑洞。

公式：R=（2GM）/C2

，R为天体的史瓦西半径，G为万有引力常数，M为天体的质量，C为光速。

这些都是在理论上的演算，所以很多人认为没有什么实际上的物理意义，也就没有投入大量的精力去研究这个问题 。直到20世纪60年代人们通过新的巡天观测从深空发现了令人无法理解的强大引力源，才又投入到对这个问题的深入研究中，之后得出：当恒星正常工作时，它的引力与它内部向外的排斥力正好达到平衡。但是当燃料消耗完，向外的排斥力就会小于向内的引力，这时就会引发恒星的坍缩。质量越大的恒星引力也就越大，向内坍缩的趋势越剧烈。向外的排斥力是由热核聚变和粒子的简并压产生的（简并压是粒子间的相互排斥力）。

对于小于太阳质量1.4倍的天体，天体内部电子的简并压能够抵挡住引力，会衰亡成白矮星。

白矮星

对于大于太阳质量1.4倍的天体，天体内部电子的简并压抵挡不住引力，但是中子的简并压能够抵挡住。因为天体收缩导致内部温度升高，会导致再一次的热核反应，直到中子的简并压和引力达到平衡，形成中子星。

中子星

1969年，美国的天文学家约翰·惠勒首次提出了黑洞这个名词 ，他还曾经对广义相对论做了通俗的解释：时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。

黑洞的视界

一个黑洞隐藏在我们的视线范围之外，隐身在它自己的视界之内。这个视界是指一个球体范围，在这个范围内的时空被弯曲的十分严重，导致包括光线在内的任何物体都无法逃逸。视界中央的奇点更是神秘莫测。英国牛津的罗杰·彭罗斯和史蒂芬·史蒂芬霍金认为这个奇点是一个密度无限大的零点。

如果我们把一个时钟靠近黑洞，由于靠近黑洞的一边受到的引力远远大于远离黑洞一边的引力，所以它会被撕的粉碎。如果没被撕碎，真的落入到黑洞当中，我们会看到时钟的指针会越走越慢，它的颜色也会慢慢变红边暗，最终消失。

我们看到了黑洞

M87中黑洞发出的亚原子-电子喷注

我们的太阳在未来坍缩时是没机会变成黑洞的，只有质量约为太阳10倍以上的天体才有机会变成黑洞。虽然黑洞不会向外发出光线使我们观察到，但是随着科学技术的发展，我们可以通过其他方式来寻找它的踪迹，比如黑洞常常会与一颗邻近星互相环绕。在许多星系中心都会隐藏着黑洞，从而成为许多远古恒星的葬身之地。在2019年4月10号，人类首次拍摄到了黑洞的照片，这个黑洞距离地球5500光年，是太阳质量的6.5*109倍，再一次证明了爱因斯坦广义相对论的正确性。

黑洞真实的照片

恒星会在死亡的时候由一个半径巨大的天体，坍缩成一个黑洞，并在黑洞的中央形成一个密度无限的奇点。而宇宙的诞生之初，同样是由一个密度无限的奇点，爆炸后演变成了现在观测直径在920亿光年的巨大时空。这是不是很有趣呢？


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