今天我们聊聊宇宙中最神秘的天体，黑洞。

黑洞这个词我第1次见到是在8岁的时候，有一天我妈给我买了一套带有硬纸壳包装的书，是中国少儿出版社出版发行的1980年版的十万个为什么，属于中国出版史上的著名出版物，里面每一段文字都是当时中科院的院士们写的。拿到这本书以后我第1本翻开的就是天文，于是那个宁静温暖的夏天，懵懂的我与黑洞这个名字第1次邂逅。

黑洞

黑洞是现代广义相对论中存在与宇宙空间中一种天体，时空展现出引力的加速度极端强大，以至于使得视界内的逃逸速度大于光速，是一个任何粒子或电磁辐射，包括光都无法逃离的区域，或者说是天体。

黑洞的命名

早在1784年11月，时任剑桥学监的约翰·米歇尔给物理学家卡文迪什写了一封信，信中就提出过有巨大到连光都无法逃逸的天体。但是他当时用的是dark star（黑暗之星）这个词来形容，在20世纪初期的物理学家使用的词是引力坍塌的物体，来形容黑洞。

美国物理学家罗伯特·亨利·迪克在1960年以一个恶名昭著的监狱来比喻这种天体，这座监狱被称为加尔各答黑洞，黑洞这个词正式新鲜出炉。随后生活杂志和科学新闻杂志在1963年的出版品中使用了黑洞这个名词。

而这个词真正的发扬光大是在物理学家约翰·惠勒，在1967年12月的讲座上，有一位学生再一次地提出了黑洞这个名字，当时惠勒，觉得黑洞这个词简洁并具有广告价值，于是予以采用并成为了术语。使得黑洞这个词迅速地被推广，也因此有人误认为是惠勒提出了黑洞这个名字。

黑洞的诞生过程

大部分的恒星内部聚集着大量的氢原子，核聚变将氢原子变成了氦原子，并释放出了极大的能量。正是这种能量以热压辐射的形式存在，来对抗着巨大的引力，这两股力量之间刚好维持着一个平衡，支撑着恒星不会坍缩，因此只要核心持续的核聚变，恒星就能够维持足够的稳定度。

而当核心的燃料耗尽，恒星就会因为冷却而内部压力下降，进而导致在引力的作用下坍缩，而对于那些比太阳的质量大很多的恒星，核心内的热能和压力可以使他们合成更重的元素，最终可能合成铁原子。

当铁核在大质量的恒星中央累积到一定程度后，辐射能与重力之间的平衡就瓦解了，出现了铁核坍缩。就在几千分之一秒内，恒星产生自爆，并以十分之一的光速移动，这个过程就是恒星的死亡过程，即超新星爆发。

超新星爆发后引力坍缩形成了一个接近史瓦西半径的球体，但原子核的排列还在，原子的结构也没有被破坏，但电子都被挤压到了原子核里，质子和电子被挤到一起就成为了中子，然后整个坍塌结构停止，这个状态也就是中子星。

那这个中子星还会继续在引力的作用下坍缩，当缩小到史瓦西半径以内的时候，原子的结构就会彻底破坏，此时已经没有什么力量可以与引力进行抗衡，所有的物质都会向着中心点疯狂的移动，最终形成这个体积无限小且密度无限大的天体——黑洞。

黑洞的另一种形成过程

引力坍塌并不是唯一能形成黑洞的过程，黑洞理论上可以在达到足够密度的高能碰撞中形成，但是黑洞的质量必然有一个下限，从理论上预期，这个边界应该在普朗克质量附近，但是量子引力的发展表明普朗克质量可能非常低，这可能将使微型黑洞在宇宙射线撞击大气层时发生的高能碰撞中产生，或者有可能在CERN（欧洲核子研究组织）的大型强子对撞机中产生。

有很多人担心撞出黑洞地球是不是就没了，其实不会，即使可以形成微型黑洞，科学家们预计也会在大约10的-25次方秒内蒸发，不会对地球造成任何威胁。

黑洞的“黑”与“洞”

如果你正在看着黑洞，你看到的是他的事件视界，正如广义相对论所预测的，质量的存在使时空变形，使粒子的路径朝向质量弯曲在黑洞的事件视界，这种变形强烈到没有任何的路径是远离黑洞的，任何东西想要通过这个事件视界，逃逸速度都必须超过光速。爱因斯坦的相对论指出，在任何惯性坐标中，物质的速率都不可能超越真空中的光速。所以你看到的只是一个不会反射任何光的黑暗球面，这就是黑洞，黑的部分。

而在史瓦西半径以下的天体的任何物质，也就是所有进入到事件视界范围内的一切物质都塌陷成一个质量无限大，密度无限大，面积无限小的一个点，也就是引力奇点。在奇点处，我们目前认知的空间、时间和物理定律都不再适用，根据广义相对论所描述。奇点是一个时空曲率变得无限的区域，就像是一个永远饥饿吞噬一切的洞一样，这就是黑洞，洞的部分。

黑洞怎样被发现

黑洞既然不能被看见，科学家们是怎么发现的？科学家们通过观察和研究黑洞周围的现象发现，黑洞的周围遍布着气体和灰尘形成的颗粒，这些颗粒以大约1/10光速围绕着黑洞进行高速旋转。

如此高速的运动会导致持续不断的爆发辐射，并产生出超高的亮度，我们称之为吸积盘。而越接近黑洞的事件视界，速度就会越快。黑洞所必须承受的越多，它的事件视界的范围就会越大，在其周围形成的吸积盘就会越大越亮。

因此最大最亮的吸积盘中，被认为有着超大质量的黑洞，这种大质量的黑洞几乎存在于每一个超大星系的中心区域，比如我们的银河系，德国天文学家们曾于2008年证实，在银河系的中心与地球相距约2.6万光年的人马座a，就是一个超大质量的黑洞，其质量约为400亿倍的太阳质量。

另外黑洞并不是像吸尘器一样把周围的物质都吸到事件视界内，当物质靠近黑洞边缘的时候，物质周围的时空被扭曲成了曲率无限大，等于说物质所在的范围也成了事件视界，相当于黑洞的事件视界扩大将物质吞噬进去。

举个例子，我们把太阳换成一个同质量的黑洞，根据刚才我们所讲到史瓦西半径，这个黑洞的直径大概是在6千米左右。但是此时太阳系的行星并不会被太阳吸进，而是依然会围绕着太阳的黑洞公转，当然人类会被冻死。

让霍金打赌输了的黑洞

在上个世纪60年代的时候，美国为登月做准备，发射了一系列探空火箭进行观测。在1964年的一次火箭弹道飞行时，发现了这个奇怪的天体，发现它是从地球观测到的最强的x射线源之一，正是天鹅座X-1。

天鹅座X-1距离地球大约6070光年，其质量大约是太阳的14.8倍，它的事件视界半径约为26公里，后来确定天鹅座X-1，这是一个黑洞，也是人类发现的第1个黑洞。天鹅座X-1还曾经是物理学家史蒂芬·霍金和基普·索恩的打赌的主角，霍金赌这个空间里并没有黑洞存在。

霍金后来解释这是一个“保险措施”，在时间简史里霍金写到：

而根据时间简史的10周年更新版本，霍金已经承认输了打赌，因为之后的观测数据支持黑洞理论。打赌虽然输了，却奠定了黑洞理论的基础，奠定了霍金的伟大。

宇宙最大黑洞

芬兰科学家发现了一个巨大的双黑洞系统，它距离地球35亿光年，经过研究发现这是人类观测到的宇宙中最大的黑洞，这个超大的黑洞名为SDSS J140821.67+025733.2，这个黑洞是之前天文学所记录最大黑洞三倍左右，它的质量约为太阳的1961倍，相当于一个小型的星系，形成于OJ287类星体的中心位置。

OJ287类星体包含着两个黑洞，除此之外还有一个质量略小的黑洞，这个较小的黑洞质量大约是太阳的一亿倍，通过对这个巨大黑洞旁小型黑洞的观测，天文学家用较强的重力场作用现象，证实了爱因斯坦的相对论，预计在未来1万年里这两个黑洞将发生合并。

黑洞的宿命

1974年，霍金预言黑洞会辐射出少量的热辐射，这种效应被称为霍金辐射，如果霍金的理论是正确的，那么黑洞会因为光子和其他的粒子发射而损失质量，也就是说会随着时间的流逝而收缩和蒸发。

​大型的黑洞来讲，其霍金辐射的蒸发速度远远低于其吸收能量的速度，因此就目前的时间尺度范围来看，遍布宇宙中的黑洞，在未来几十亿年间依然会以一定的速度增长，而只有当宇宙微波背景的温度降到黑洞的温度之下，一个太阳质量的黑洞大约会在10年内蒸发，而质量为太阳1000亿倍的超大质量黑洞将会在大约2×10的100次方年内蒸发掉。这个数字，已经远远大于目前人类可观测宇宙本身的年龄。

黑洞是宇宙中最神秘的天体，与黑洞相关的有趣事情，还有太多太多，我们会在今后陆续和大家聊到，今天就到这，如果你在我的文章中有所收获，请关注点赞和转发，下期再见。