關於黑洞的這些你知道嗎？

還記得《星際穿越》中出現的那個黑洞「卡岡圖雅」么？據說是花費了30名研究人員將近一年的時間，數千台計算機聯網進行精確模擬才得以實現。

不知大家看《星際穿越》的時候是什麼感覺，我三次觀看時都是比較震撼的，那種宇宙深處的孤獨感仍可以回憶起來。

那麼，什麼是黑洞呢？

黑洞是廣義相對論預言的天體。

對，就是這個當時的帥小伙在1915年最終完成的理論。

1915年，愛因斯坦引力場方程發表了出來。大家可以想像這麼一個場景：愛因斯坦發表論文最後寫出一句話：「我把所有的答案都藏在了方程的解中，想知道么，你們自己去解開場方程吧...」 於是大解方程時代開始了！

當然，事情事實上並不是這麼發生的...

很久很久以前，黑洞不叫黑洞。（這看起來像是一個哲學問題）黑洞的曾用名是「暗星」（dark star）

早在1790年前後，米歇爾和拉普拉斯從牛頓力學和光的微粒說（即認為光是粒子）預言了「暗星」的存在。大家可以這麼去想：我們知道，我們之所以能看見某個物體，一定是因為那個物體自身發出光或者反射光，假如萬有引力很大很大，以致於光不能從那個物體跑出，那麼我們就看不到那個物體了。（看不到的星星，所以就叫做「暗星」咯）因為其具有的強大引力，我們對黑洞的感覺有種會被吸進去的樣子也可以理解了。

（大家可以在電腦上百度搜索「黑洞」，會有有趣的事情發生）

後來由於光的波動說（就是認為光是一種波）的興起，暗星也就逐漸被人們淡忘。

然後到了1939年，奧本海默（「原子彈之父」，曼哈頓計劃的領導者）及其合作者從廣義相對論出發，再次預言了暗星的存在。不過，這個也沒得到重視，愛因斯坦自己也不相信自然界有這樣的暗星。

現在我們回到解方程問題上，愛因斯坦1915年發表了引力場方程，第二年，也就是1916年，史瓦西得到了方程的一個重要的嚴格解（靜態球對稱真空解）。值得一提的是這個解表示的奇異球面恰好是後來奧本海默「暗星理論」中「暗星」的表面。

遺憾的是，在解出這個解之後不久，史瓦西便在第一次世界大戰中死去，沒人知道他到底知道多少。為了紀念他的貢獻，這種類型的黑洞便叫做「史瓦西黑洞」

由於類星體、中子星和微波背景輻射的發現，理論上的突破，宇宙學和黑洞研究都在20世紀60年代和70年代取得了長足的進展。

1963年，克爾又得到了廣義相對論場方程的另一個重要解（穩態軸對稱真空解）。（就是克爾這個人解了這個方程，又發現另一種類型的黑洞）

解方程告一段落，為了說明解這個方程的困難性，這裡引述我從Ligo項目參與者聽到的一個小笑話：「假設有很多最好的計算機（電腦）還有很多優秀的程序員，他們全力去解愛因斯坦方程，到最後往往是程序員崩潰到自殺或者計算機運算到出故障...」

後來，大家對「暗星」的興趣日益增加，然後惠勒就建議把暗星叫做黑洞。然後黑洞就叫做黑洞了。

讓黑洞為大眾廣為所知（知道名字）就需要提到一個人——斯蒂芬·威廉·霍金。

對於霍金的大概了解推薦大家去看一部電影《萬物理論》或者BBC紀錄片《霍金的故事》。當然，現實中並不會是這樣「完美」的人。《時間簡史》里的圖很好看哦。

霍金和彭羅斯一起證明了奇性定理，很重要的影響就是證明了大爆炸理論（也是大家廣為所知名字的理論）。

霍金後來還提出了「霍金輻射」的概念，揭開了黑洞研究的新篇章。至於後來霍金又在那裡說黑洞不黑什麼的就不去管了，自己又沒有給出證明，年紀越大越喜歡搞事情的霍金，現在更像一個公眾人物，我敬佩的還是年輕的那個霍金。我贊成索恩的看法，不能什麼事情都是霍金說了算。

黑洞理論的研究後來已經超出了黑洞本身，這裡就不再敘述了。

最後再簡單介紹一下黑洞的一些性質：

一、首先，你看不見ta（不然怎麼叫黑洞），光也不能從黑洞里逃走。

二、然後，黑洞的密度超級大。做個比喻，以史瓦西黑洞為例，如果將我們生活的地球壓縮到9毫米半徑，也就差不多一粒米的大小，然後就可以是一個黑洞了。

三、黑洞一般周圍會有一個吸積盤（就是很多黑洞圖片那種「盤子」狀的結構，「盤子」不是黑洞，黑洞在「盤子」中央，吸積盤一般是由大量氣體組成。）黑洞也常常是通過吸積盤被發現和研究的。

四、兩個黑洞合并可以產生引力波（這只是產生引力波的一種形式）

在各種理論中黑洞還有很多其他性質，比如蒸發，毀滅...不過現今能夠做到的一般是通過吸積盤、X射線研究黑洞，以及很火熱而大家呆若木雞的引力波探測。

黑洞是怎麼產生的呢？

黑洞有很多種，來源也不一。這裡說一種理論下的一種黑洞的產生（史瓦西黑洞）。

可以這麼去想：恆星內部一直在進行著核聚變，（可以去想像成有很多氫彈在恆星內部爆炸），萬有引力把外面的物質往裡面吸，而內部核聚變把物質往外炸，所以基本不怎麼收縮。後來，核燃料燒得差不多了，炸不動了，外面的物質就往裡面坍塌收縮，體積越來越小，密度越來越大，直到超過某個界限，光也跑不出去，然後就成黑洞了。

說的磚業一點就是：恆星到晚期時核燃料消耗殆盡，輻射壓（光壓）急劇減弱，星體在其自身引力的作用下坍縮成一定程度就成黑洞了。

當然有一個限制，一般地，原恆星的質量大於三倍太陽質量（奧本海默極限），產物便是黑洞，小於三倍，則產生中子星這樣的星體。

此為尤利烏斯·羅伯特·奧本海默

黑洞的性質還始終是個迷，科學家只能藉助其周圍的現象去猜測，或者通過計算機模擬去想像。直接觀察現階段是遠遠不可能的，我們只能一邊猜測著一邊等待重大發現的出現...唯一能確定的是，黑洞里的世界，我們還一無所知

當你認為某些內容不可企及，確實，因為你不在那個領域；當你在那個領域並理解了那些內容，然後你發現那些別人無法理解的東西也只是很平常的。

對於那些比較高深困難的內容，我們不需要裝作自己很懂的樣子，很多東西我們一輩子也沒有時間或能力去涉及去理解。

來源：ScienceStream