你所知道的關於黑洞的一切，可能是錯的？

黑洞能夠扯碎任何過分靠近它們的物體。當越來越多的物質落入黑洞，部分物質會在磁場的作用下形成高速噴流。雖然我們可以用數學描述這一切，卻無法證實這些天體的真實存在。

有關黑洞的一切或是令人驚奇，或是戲劇化，充滿爭議，神秘莫測——有時候，這四種感覺皆有。談到黑洞，絕大多數人仍然感到困惑不解，由此產生的誤解就像空谷回音一般反覆出現。即便是天體物理學家也對它的諸多特徵爭論不休。所以，讓我們不妨好好研究一番，看一看令我們困惑的究竟是什麼。

貫穿黑洞故事始終的是宇宙中最神秘的相互作用——引力。人們早在幾百年前就已知道，物體的個頭變化會引起引力的巨大改變。類似太陽的天體如果神奇地收縮到其目前大小的十分之一，它表面的引力就會隨之增大100倍。

由於氣體易於壓縮，自然而然地，太陽總有一天會在自身巨大的引力（比地球表面的引力強大33萬3千倍）拉扯下收縮。當太陽核心的核聚變反應停止，向外推的氣體壓力便無法對抗向內拉的引力。太陽的進一步收縮就不可避免。那麼，這一過程會不會一直持續進行，直至太陽發生全面坍縮？

今天，物體的運動速度必須達到每秒鐘618公里才能逃脫太陽引力的束縛。在失控的全面坍縮中，是否會出現這樣的情況：物體的逃逸速度需要達到每秒鐘29萬9千7百93公里才能擺脫引力的拉扯？以這一速度運動的物體每秒鐘比光還多走1.6公里，就是說連光都無法脫身了。

束縛光

1783年，英國哲學家兼地質學家John Michell在致英國皇家學會的一封信中提出了一個大膽的猜想——光被束縛。他在信中寫道：「假定存在一個球體，其密度與太陽相同，半徑卻是太陽的500倍。。。。這個球體發出的所有輻射會在自身引力的作用下折返。」換句話說，他設想了一種可能——即球體束縛自身發出的光。

13年後，法國科學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯在一本教科書中重複了這一觀點。今天，人們普遍把他視為原創者（也許是不公正的）。不過，在18世紀，並沒有人真的相信引力能把光拽回來。這個想法被靜靜地遺忘了。甚至拉普拉斯在其著作的後續版本中也不再提及。

1915年，當阿爾伯特·愛因斯坦在他的廣義相對論中提出光的路徑在引力場中的確會發生偏折，情況才突然發生了轉變。不過，即使是愛因斯坦本人也不相信有任何天體真的能夠坍縮到足夠緻密，以至於自身發出的光都無法逃出來。

越過視界

黑洞的基本特徵——視界是近些年的一個討論焦點。長久以來，科學家相信這個假設的禁區邊界沒有任何標記。如果有人穿過超大質量黑洞的視界，他看不到有什麼不同尋常的事情發生。但現在，一些物理學家爭論說，光會在視界的內邊界匯聚，形成一道超級熾熱的「火牆」。這意味著，當你越過視界、在還沒義大利面化或者被揉成狗糧前，迎接你的將是煉獄般的折磨。之前的理論與大尺度物理學——廣義相對論一致，新提出的觀點則來自於小尺度的量子力學。

這兩個學科不僅需要統一起來，它們的預測也需要彼此調和。

爭論的問題不只有這個。有些科學家認為物質在越過視界後會消失得無影無蹤；另一些人則堅持所有信息的永久消失違反了物理學的「統一性原理」。若此原理成立，則意味著沒有任何信息會丟失。不過，當物體落入黑洞後，它的身份標記似乎的確是消失了。

在今年年初，史蒂芬·霍金聲稱這個問題不存在，因此登上了媒體的頭版頭條。霍金提出視界不會永遠存在。它會揮發，包含在其內的物質會逃逸出來——自黑洞形成以來，它們就在以輻射的方式慢慢泄露出來。換句話說，看似消失的信息還會重新出現。對此，大多數物理學家只是聳聳肩膀。大家一致認為霍金的說法並不新鮮，他只是在轉述別人的工作。爭論還在繼續進行。

所有的黑洞都在以輻射的方式向太空泄露物質。這意味著，經過足夠長的時間，黑洞最終會完全揮發掉。這一外向流被稱為霍金輻射，源自於量子效應。正、反粒子在太空中成對出現，因為發生湮滅而又很快消失。如果它們出現在黑洞的視界附近，其中一個可能會落入黑洞，而另一個則逃走了。如此一來，黑洞就會慢慢損失它的質量。

美國馬薩諸塞州劍橋市哈佛-史密松天體物理中心的Avi Loeb說：「隨著量子力學的介入，奇點問題將不復存在。」

不過，使情況變得更加複雜的是，自旋黑洞的性質和不旋轉的黑洞完全不同。例如，它會拉扯附近的時空，致使周圍一切物體都不能保持靜止。

無論怎樣，黑洞理論幾乎肯定要進行大修改。所以，若它還在困擾著你，你先不必急著解決。只要我們繼續探索，我們就有希望等到這些冰凍的恆星「解凍」（至少在一定程度上）的那天。

恆星質量和超大質量黑洞的解剖圖：輻射層（左上）：緊靠視界的外邊緣，兩類黑洞的引力都強大到足以把光子束縛在圓形軌道上（通常情況下，光子沿直線傳播）。這些光子勾畫出黑洞的形狀。天文學家希望搭建一個足夠大的望遠鏡觀測網，以便觀測銀心的超大質量黑洞的光環和「黑影」。最深處的穩定圓形軌道（左中）：對這兩類黑洞來說，這是吸積盤的內邊界，也是物質能夠平安圍繞黑洞運動、不至於落入視界的最後地點。吸積盤（左下）：在墜落過程中，物質圍繞視界形成一個吸積盤，並旋轉落入視界，就像水旋轉著從浴缸的排水口流走一樣。對恆星質量黑洞來說，它的物質是由其伴星提供的。而在超大質量黑洞周圍，有為數眾多的恆星和氣體雲。黑洞可以從它們身上剝取物質。

物質損失能量，便會旋轉著向黑洞墜落，也許還會進入視界。高速噴流（右上）：兩類黑洞都能把吸積的部分物質以高速噴流（接近光速）的形式從兩極噴出。噴流發出射電和X射線輻射。超大質量黑洞的噴流能夠延伸到幾十萬光年遠處。天文學家仍在研究這些噴流的形成機制。

視界（右中）：越過這一邊界，連光都無法擺脫黑洞的引力束縛。史瓦西半徑指的就是從黑洞中心到視界邊緣的距離。視界標示出黑洞的「黑影」。超大質量黑洞的史瓦西半徑與整個太陽系大小相當。即使你跨越這類黑洞的視界，你暫時也不會有所察覺，因為視界內的平均密度和水的密度差不多，你不會立刻遭受撕扯的折磨。恆星質量黑洞的史瓦西半徑大約是數十公里。當你靠近這類黑洞的視界，你就會體驗到黑洞潮汐力的威力了。

如果你的腳先進入視界，那麼你的腳受到的拉力要大於你的頭受到的拉力，你就會被拉得像義大利麵條一樣又細又長。奇點（右下）：落入黑洞的物質和能量在此終結。這裡的時空被無限彎曲。理論上講，奇點不佔用空間卻擁有質量（幾倍至幾十億倍太陽質量）。因此，無論是恆星質量黑洞還是超大質量黑洞，其奇點的密度都是無限大。

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