人類已知最快的速度是光速，光可以在廣闊的宇宙空間中來回穿梭，也可以抵達宇宙的任何角落。可是速度如此快的光在宇宙中也有天敵，這個恐怖的存在正是黑洞。黑洞會将自己周圍的一切物質吸入其中，連光都無法逃脫它巨大的引力。

黑洞，是人類既陌生又熟悉的存在。到現在我們都無法弄清楚黑洞内部到底是什麼模樣，進入其中又會發生什麼事情。熟悉的是，我們知道它就如同它的名字一樣，代表着無邊的黑暗，而人類對于黑暗有着天生的恐懼。那麼黑洞到底是什麼？

黑洞是天文學和天體物理學當中聚焦的重點，一直以來大家對這一宇宙當中神奇的天體議論紛紛，最終給它下了這樣一個定義，指出它的時空曲率之大使得光都無法逃脫。光不僅意味着最快的速度，在意象當中也代表着“光明”。

在人類的心中，光明總是可以打敗黑暗，可是在黑洞掌握的宇宙法則中卻恰恰相反，這使它變成了宇宙當中最可怕的東西。

黑洞的構造比較簡單，中心是一個奇點，周圍則是由黎曼幾何曲率張量構建的時空，這個時空的邊界具有單向性，換言之，物質隻能進入其中卻不可能出來。愛因斯坦的廣義相對論當中認為，黑洞是由恒星的死亡坍縮形成的，所以它的引力才會如此巨大。

黎曼曲率

如果我們按照物理性質給黑洞劃分種類，那麼可以将其分為不旋轉不帶電荷的黑洞、不旋轉帶電黑洞、旋轉不帶電黑洞和旋轉帶電黑洞，其中第一種不旋轉不帶電荷的黑洞是我們最熟悉的“史瓦西黑洞”。

這種黑洞就符合愛因斯坦廣義相對論當中對于黑洞的描述，它的來源正是質量很大的恒星。一般認為，質量是太陽三倍以上的恒星，才有可能形成“黑洞”，所以擔心太陽變成黑洞的人可以放心了。

恒星級黑洞算是黑洞家族當中質量最小的了，在不少星系當中存在着巨型黑洞，這些黑洞的質量是太陽的99萬倍到400億倍之間。以我們對于天體大小的想象力，很難想象這種黑洞到底有多大，而顯而易見的是，質量越大的黑洞其引力就越強，有時甚至可以驅使一整個星系旋轉。不少科學家就認為，在銀河系的中心存在着這樣一個黑洞。

以上還隻是這些年來人類對于黑洞的推測，在黑洞的背後還有無數尚未解開的謎題。對于宇宙中這樣一個龐然大物我們都很畏懼，因為尚且不能快速有效地觀測到它，這就意味着我們可能一直都在靠近它卻不自知。出于對黑洞引力吞噬的恐懼，人類渴望找到探索出黑洞的演化進程。

既然黑洞可以吞噬宇宙中的所有天體，那麼被黑洞吞噬的物體都去哪裡了？

在前文中描述黑洞的定義時有提到這樣一點，黑洞會吞噬周圍的所有物質，哪怕是光都無法逃脫，就更不用說運動很慢的天體了。因此，如果有天體在黑洞附近，那麼它們的命運就是闆上釘釘的事情。

可是，這些被黑洞吞噬的天體都去哪裡了呢？按照黑洞單向膜隻進不出的構造來說，這些天體應該都被它“消化”了，那麼在這樣無休止的吞噬之下，黑洞就會無限變大嗎？假如黑洞真的可以無限變大，那麼我們的宇宙是不是遲早也會被“巨型黑洞”完全吞噬？

以上這些問題，不僅普通人會感到疑惑，其實科學家們這些年也被它們所困擾。所幸在堅持不懈地探索之下，我們還是了解了一二。如果說愛因斯坦的相關理論為我們打開了探索宇宙的全新視角，那麼霍金作為後起之秀，就是解開前人假設和謎題的“解密人”。

基于黑洞的單向性，過去我們總認為它是隻出不進的。但是1974年時，霍金就将量子理論應用于黑洞的研究，至此提出了一種全新的概念，也就是“黑洞輻射”。從輻射一詞就可以看出，霍金眼中的黑洞不再是“隻出不進”的饕餮，而是能通過熱輻射釋放能量，漸漸縮小消失的“正常天體”。

按霍金蒸發效應計算黑洞的壽命與其質量的關系式是這樣的：

t≈1065R3.在這一關系式當中t是黑洞的壽命，R則是黑洞質量與太陽質量的比值。

霍金的黑洞輻射理論是基于狄拉克的“真空量子理論”所提出的，他認為在黑洞周圍有着無數護衛反粒子的虛粒子對。這些正、反粒子在相遇時可能會被吸入或者湮滅，而其中的正能态粒子是可以逃出黑洞的，這些逃出黑洞的粒子就形成了所謂的輻射。

因此，按照霍金黑洞輻射的理論。那些被黑洞吞噬的天體，會以熱輻射的方式被釋放出來，但是顯然即使能出來，也是數萬億年以後了，畢竟黑洞的熱輻射是很慢的。并且以熱輻射方式出來的“天體”，早已失去了原來的模樣，這是因為早在進入時它就已經被扯碎了。

可以看出，在霍金看來黑洞并不會無限變大，它是有消亡的那一天的，但是以人類短暫的一生來說，是永遠看不到的。并且，進入黑洞的那些物體總會以另一種形式重現宇宙，不過形态早已發生了變化。但是不得不說，霍金的黑洞輻射理論中，粒子的動量和位置都不能同時确定，因此還有許多待證實的部分，所以我們并不能将其當做确定的理論。

人類對于黑洞的了解還是太少了，所以大多數的理論都具有推測性質，這些理論可能要等幾十年甚至百年之後才會得到證實。但不論怎樣，黑洞客觀存在的事實已被證明，它并不是“神學鼓吹者”所說的神明居住的高級維度。

黑洞的發現曆史

在不少人的認知當中，黑洞是在愛因斯坦提出廣義相對論之後才出現的，這種觀點其實比較片面。因為人類早在1783年時就已經意識到了宇宙當中存在着黑洞，不過其對黑洞的稱呼有所變化。

英國地理學家John Michell,在1783年寫給亨利·卡文迪什的一封信中提出這個想法：

他認為一個與太陽同等質量的天體,如果半徑隻有3km,那麼這個天體是不可見的,因為光無法逃離天體表面。​

12年之後，拉普拉斯也指出宇宙中有一個天體可以吸引光線，并且在著作《宇宙體系論》當中提出了相關計算公式，這時的黑洞在人們眼中還是一個“不可見星”。不過，在廣義相對論提出之前，我們是無法正确描述黑洞的，可以說廣義相對論是人類得以研究分析黑洞的基礎。

德國天文學家卡爾·史瓦西正是基于愛因斯坦的引力方程，提出了當物質集中于空間一點，其周圍會形成“視界”，而這個視界存在單向性，隻要進入就不可能再逃出。我們前文中也有提到有關于史瓦西黑洞的相關概念，在這之後，“黑洞”這一名稱才真正被啟用。

人們在未來的100多年中，對黑洞展開了無數研究，在科學家的努力之下我們發現了更多關于黑洞的信息。比如說除了史瓦西黑洞以外，學界還确定了克爾紐曼黑洞等等。相較于17世紀和18世紀對黑洞的模糊描述而言，現在變得更加具象化了。更不用說，霍金的黑洞輻射理論，挑戰了黑洞“隻出不進”的基本性質。

2019年4月21日時，人類獲得了首張黑洞照片。這張照片中的黑洞位于M87星系，其質量約為太陽的65億倍，距離地球5500萬光年左右。從照片中可以看出，黑洞的中心正是漆黑一片，而發光的是它周邊的吸積盤。

值得一提的是，這張照片并不是由某個設備拍攝得到的，而是由全世界近10台的毫米波望遠鏡進行聯網觀測後才得到的，可見拍攝黑洞是一件極為困難的事情。

在拍攝之前的準備工作也很繁冗，因為黑洞本身是很難被探測到的，如果探測都成問題又怎麼可能完成拍攝呢？所以，找到黑洞的所在也很重要，那麼一般會通過什麼方法找到黑洞呢？

可以利用引力效應、輻射效應、密度效應和引力透鏡等方式，以輻射效應為例，當黑洞在利用自己的引力吸引周圍的物質時，這些物質會産生碰撞，從而輻射出各種電磁波。其中的X射線還可以形成射線源，所以我們可以追尋着X射線源揪出藏匿在它背後的黑洞。

白洞與蟲洞

黑洞作為宇宙當中橫行的霸主，不僅可以吞噬所有的天體，還會在發展的過程中通過合并變大。白洞正好與之相反，這一假設天體也是基于廣義相對論提出的，它的一切性質和基本特征都與黑洞完全相反。

因此也有不少科學家認為，黑洞的背後可能存在着白洞。白洞會被黑洞吞噬掉的天體在噴射回宇宙當中，按照這種說法來看，白洞是“隻出不進”的。不過，雖然我們都期待着宇宙當中有白洞這種存在，畢竟它可以将黑洞吞掉的東西重新返還給宇宙。但是這些年裡，我們從未探測到類似“白洞”的天體，所以至今它都活在人類的假設中。

和黑洞、白洞同樣有名的就是蟲洞了，蟲洞之所以這麼受大家關注，就是因為它也許可以幫助我們實現“時空穿梭”的夢想。其實從某種角度來說，黑洞也能幫助人類實現時空穿越，但是黑洞巨大的引力卻使我們望而卻步。蟲洞就不同了，它像是一條狹窄的隧道，連接起了兩個不同的空間，隻要能通過外力保證它的穩定性，那麼實現時空穿梭可謂是易如反掌。

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