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在廣義相對論發(fā)展的早期,，人們曾以為視界之內(nèi)有一個(gè)奇點(diǎn),，但現(xiàn)在證明這是錯(cuò)的。
NASA / JPL-加州理工學(xué)院 黑洞的視界分兩種 界定黑洞的特征是“視界（horizon）”。視界是黑洞周圍一個(gè)只進(jìn)不出的邊界,，所有一切都無法從視界逃離,，即使是光也不行。如果這個(gè)邊界是永久性的,，那就叫“事件視界（event horizon）”,。如果只是暫時(shí)存在，就叫“表觀視界（apparent horizon）”,。但是表觀視界存在的時(shí)間仍然可以比當(dāng)前宇宙的年齡還要長,！因此這兩種情況是無法通過觀測加以區(qū)分的,。 Adam Apollo 相對而言黑洞的體積并不算大 可以把黑洞的視界想像成球體，它的直徑和黑洞的質(zhì)量存在著直接的比例關(guān)系,。黑洞吞掉的物質(zhì)越多,，體積和質(zhì)量就會(huì)越大,。和恒星這類天體相比，黑洞是比較小的,。這是因?yàn)楹诙吹木薮筚|(zhì)量被強(qiáng)大的引力壓縮成了很小的體積,。一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于地球的黑洞，半徑只有幾厘米,。與地球的實(shí)際半徑要相差100億倍,！ 黑洞的半徑被稱為“史瓦西半徑”。史瓦西是首個(gè)根據(jù)愛因斯坦廣義相對論推導(dǎo)出黑洞存在的科學(xué)家,。 伯明翰圖書館 跨越視界并不一定會(huì)被撕碎 跨越視界時(shí),，周圍并沒有什么不同,。這是根據(jù)愛因斯坦等效原理（equivalence principle）所作的推論。該原理認(rèn)為,，在平坦空間中的加速,，與在導(dǎo)致空間彎曲的引力場中加速，并不會(huì)產(chǎn)生任何可感知的區(qū)別,。但是遠(yuǎn)處的觀察者會(huì)發(fā)現(xiàn),，跨越視界者接近視界的速度會(huì)越來越慢。這是因?yàn)楹诙匆暯绺浇臅r(shí)間比遠(yuǎn)處要慢得多,。他們永遠(yuǎn)也看不到前者越過視界的那一刻,。 我們跨越視界時(shí)會(huì)不會(huì)被撕碎,，取決于黑洞引力場產(chǎn)生的潮汐力,。視界上的潮汐力與黑洞質(zhì)量的平方成反比。這就意味著黑洞越大,，它產(chǎn)生的潮汐力就越小,。假如黑洞足夠大，我們就可以在毫發(fā)無損的情況下跨越視界,。 這種能把人拉得細(xì)長的潮汐力作用,，還有一個(gè)正式的物理學(xué)術(shù)語——“意大利面條化（spaghettification）”。 Ashley Corbion 黑洞內(nèi)可能并沒有奇點(diǎn) 沒有人知道黑洞里究竟有什么,，但是可以肯定并沒有書架,！在廣義相對論發(fā)展的早期，人們認(rèn)為黑洞內(nèi)存在著一個(gè)引力無窮大的奇點(diǎn)（singularity）,，視界內(nèi)的一切都會(huì)墜向奇點(diǎn),。但這實(shí)際上是因?yàn)椋诤诙磧?nèi)部,，廣義相對論已經(jīng)失效?，F(xiàn)在人們一般都認(rèn)為，只有量子引力理論才能對黑洞內(nèi)部加以描述,。 理論上黑洞有四種不同的類型 我們現(xiàn)在知道,，黑洞有四種不同的產(chǎn)生方式。學(xué)者們了解得最充分的一種黑洞是由恒星坍縮產(chǎn)生的,。足夠大的恒星在燃盡了所有可以用來聚變的燃料后,，就會(huì)制造出一個(gè)黑洞。當(dāng)聚變產(chǎn)生的壓力停止后,，物質(zhì)會(huì)向它自身的引力中心墜落,，從而增大其自身的密度。它的密度足夠大后,，便沒有什么能夠再克服它產(chǎn)生的引力,，黑洞由此產(chǎn)生,。這類黑洞名為“太陽質(zhì)量黑洞”，是最常見的一種,。 銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞（人馬座A*）,。NASA / 錢德拉X射線天文臺(tái) 第二種是“超大質(zhì)量黑洞”，我們可以在很多星系的中心找到它們,。這類黑洞的質(zhì)量在太陽質(zhì)量黑洞的十億倍以上,。它們的產(chǎn)生原因不明。有人認(rèn)為它們最初是太陽質(zhì)量黑洞,，后來在擁擠的星系中心吞食了太多的恒星,，才逐漸變大。但實(shí)際上它們吞食物質(zhì)的速度比理論估計(jì)還要快,。這同樣也是個(gè)謎,。 第三種是有爭議的“原初黑洞”，它們可能是在早期宇宙高密度的波動(dòng)中產(chǎn)生的,。也許它們出現(xiàn)過很多,，而且質(zhì)量各異。但是科學(xué)家還不知道該如何在理論中建立一種既能產(chǎn)生這類黑洞,，又不至于產(chǎn)生過多這類黑洞的模型,。 最后一種黑洞也僅存在于推測中?？茖W(xué)家認(rèn)為大型強(qiáng)子對撞機(jī)可以制造出一種質(zhì)量和希格斯玻色子相當(dāng)?shù)奈⑿秃诙?。它的存在可以證明宇宙中確實(shí)存在額外的維度。但是到目前為止,，還沒有與這個(gè)觀點(diǎn)相符的觀測結(jié)果,。 銀河中心恒星群圍繞質(zhì)心的高速運(yùn)動(dòng)。KECK / UCLA銀河中心恒星群 / Andrea Ghez等 科學(xué)家正在計(jì)劃觀測黑洞的光球 人們已經(jīng)獲得了大量證據(jù),，表明有一些質(zhì)量很大而且不發(fā)光的致密天體存在,。這些天體能通過引力，對其它恒星或氣體云的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響,。它們也會(huì)產(chǎn)生引力透鏡現(xiàn)象,。人們也已經(jīng)獲知，這些天體不存在硬質(zhì)的表面,。這是因?yàn)槿绻@些天體有硬質(zhì)的表面,，那么當(dāng)物質(zhì)墜落到這些天體上時(shí),，釋放出的粒子輻射量會(huì)比落入黑洞的視界高得多,。科學(xué)家還打算實(shí)施“視界望遠(yuǎn)鏡”計(jì)劃,，對黑洞的另一特征進(jìn)行識(shí)別——觀測它們的光球（photosphere）,。黑洞光球是一種極端的引力透鏡現(xiàn)象,。 P. Marenfeld / NOAO / AURA / NSF 黑洞越大其本身的輻射溫度越低 黑洞輻射是一種量子效應(yīng)。要注意的是,，這是物質(zhì)的量子效應(yīng),，而非引力的量子效應(yīng)。坍縮黑洞的動(dòng)態(tài)時(shí)空會(huì)改變?nèi)藗儗αＷ拥目捶?。就像黑洞能夠扭曲鄰近時(shí)間的流逝方式一樣,，人們對粒子的看法，也會(huì)因觀察角度的不同而發(fā)生變化,。具體來說,，當(dāng)觀察者墜入黑洞時(shí)，會(huì)認(rèn)為他墜入的是真空,；遠(yuǎn)處的觀察者則會(huì)認(rèn)為那并非真空,，而是充滿了粒子。這種效應(yīng)是時(shí)空本身的拉伸造成的,。 這種輻射是史蒂芬·霍金首次發(fā)現(xiàn)的,，因而被稱為“霍金輻射”?；艚疠椛涞臏囟扰c黑洞的質(zhì)量成反比：黑洞越小,，溫度越高。對于恒星級和超大質(zhì)量黑洞來說,，霍金輻射的溫度遠(yuǎn)低于宇宙微波背景的溫度,，因此無法被觀測到。
MIT 是黑洞的蒸發(fā)和量子力學(xué)間的矛盾產(chǎn)生了所謂的“黑洞信息丟失悖論” 信息丟失悖論是由霍金輻射引發(fā)的,?；艚疠椛涫且环N純熱學(xué)輻射，因此它是無序,、隨機(jī)的,，僅有的就是溫度。這種輻射不包含任何與黑洞的形成有關(guān)的信息,。但是黑洞會(huì)因?yàn)檩椛涠鴣G失質(zhì)量并縮小,，最終會(huì)完全轉(zhuǎn)變成無序的輻射，遺留下的輻射量只與黑洞的質(zhì)量有關(guān),，而與形成黑洞的物質(zhì)細(xì)節(jié)無關(guān),，與有什么墜入過黑洞無關(guān)。因此,，假如我們只知道黑洞的最終蒸發(fā)階段,，就無法知道當(dāng)初是什么形成了黑洞。這是一種被稱為“不可逆”的過程——麻煩在于,，在量子力學(xué)中,，不允許這樣的過程存在,。 所以，黑洞的蒸發(fā)和我們所知的量子力學(xué)產(chǎn)生了不一致,。大部分物理學(xué)家相信,，解決方案可能在于霍金輻射本身會(huì)以某種方式把信息保留下來。
中子星（左）和黑洞（右）,。Dana Berry / NASA Sabine Hossenfelder 文 / 老孫 譯 |
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