黑洞里面有什么

在浩瀚的宇宙中，存在一種神秘的天體。它強(qiáng)大到可以吞噬一切，甚至連光線都無法逃脫。今天，我們就來聊聊這個(gè)連光都無法逃脫的宇宙“怪獸”——黑洞。

簡而言之，黑洞是恒星死亡后的產(chǎn)物。恒星（比如我們的太陽）是宇宙中的熾熱氣球，通過核聚變將氫轉(zhuǎn)化為能量。大多數(shù)時(shí)間里，恒星內(nèi)部的向外壓力與引力平衡，但當(dāng)核心燃料耗盡時(shí)，它們將聚變成更重的元素，直至產(chǎn)生鐵。鐵的形成標(biāo)志著恒星死亡的開始，因?yàn)殍F核聚變不釋放能量，恒星內(nèi)部支撐力量喪失，引力促使核心坍縮。

在核心坍縮的過程中，恒星內(nèi)部的溫度和密度急劇升高，釋放大量能量。這些能量會(huì)把恒星的外層物質(zhì)彈出并向外擴(kuò)散，最終引發(fā)“超新星爆炸”。爆炸后，如果恒星的殘余質(zhì)量足夠重（超過太陽質(zhì)量的大約3倍），它會(huì)繼續(xù)坍縮至一個(gè)密度極高的點(diǎn)（即“奇點(diǎn)”），這里的引力強(qiáng)大到連光也無法逃逸，這就形成了黑洞。

黑洞看上去是一個(gè)純黑的球，從任何角度看都是圓形。按理說，黑洞是看不見的，因?yàn)樗陨硗耆话l(fā)光，但我們可以通過它周邊的光線來觀測。直到2019年4月，人類歷史上第一張黑洞照片才正式發(fā)布。2022年，科學(xué)家們?yōu)槲覀儙砹艘环蒹@喜——他們拍到了銀河系中心黑洞的首張照片。在照片中，它看起來就像一個(gè)巨大的宇宙甜甜圈，那個(gè)甜甜圈中心的部分，才是真正的黑洞。

這是黑洞從外面看的樣子。但是我們不禁會(huì)想，黑洞里面會(huì)有什么呢？這個(gè)問題可難倒了許多科學(xué)家。

到目前為止，沒有人或任何探測器去過黑洞，而且在將來很長一段時(shí)間內(nèi)可能都去不成，所以我們無法直接知道里面的情況。實(shí)際上，在過去很長一段時(shí)間里，科學(xué)家們還在爭論黑洞是否真的存在。2020年，我們才發(fā)現(xiàn)距離地球最近的黑洞大約只有1000光年。相對(duì)論告訴我們，宇宙中任何信息和物質(zhì)的移動(dòng)速度都不可能超過光速，也就是說，哪怕現(xiàn)在就造出光速飛船，到這個(gè)最近的黑洞也需要大約1000年。何況，現(xiàn)在也沒人知道怎樣才能造出光速飛船……

黑洞具有強(qiáng)大的引力，任何靠近它的物質(zhì)都無法逃脫，包括信息和信號(hào)。如果我們?cè)斐鲲w船去看黑洞，在距離它很遠(yuǎn)的地方是安全的，不想看了可以掉頭回家。一旦距離太近，超過某個(gè)臨界點(diǎn)（稱為“事件視界”），那么沒有任何東西能夠逃離黑洞，包括宇宙中速度最快的光。就算將來有人去了黑洞，他也不可能回來告訴我們，他在黑洞里面遇到了什么。他甚至都不可能在黑洞里發(fā)出信息，因?yàn)樾畔⒕褪且怨馑賯鞑サ碾姶挪ā?/p>

所以“黑洞里面有什么”這個(gè)問題就好比在問：“人死了以后是什么感覺？”這是一個(gè)悖論，因?yàn)樗廊藳]有感覺，他不可能告訴你;如果能告訴你，那他肯定沒死。

不過，我們?nèi)匀荒軌驈目茖W(xué)角度做出合理的推測：人死了不會(huì)有任何感覺。因?yàn)楦杏X來自大腦，只要大腦停止工作，感覺也不存在了。黑洞的問題也一樣。雖然從未有人去過黑洞，但我們?nèi)匀豢梢曰诳茖W(xué)，推測出一些基本的事實(shí)。

首先，任何試圖進(jìn)入黑洞的人，還沒進(jìn)去就會(huì)被巨大的引力撕碎。引力和距離的平方成反比，你身上每個(gè)部位到黑洞的距離不同，受到的引力大小也有差別，這種力叫“潮汐力”。這點(diǎn)差別在地球上不算什么，但是對(duì)于黑洞這樣的大質(zhì)量天體而言，足以將一切物體撕成原子尺度的碎片。就像撞擊木星的彗星“蘇梅克列維9號(hào)”，1992年7月7日，在距離木星40000千米時(shí)，它被木星的潮汐力解體成了21個(gè)碎片。

其次，黑洞里面沒有出口，無法逃離。巨大的引力扭曲了時(shí)空，時(shí)間和空間在這里倒轉(zhuǎn)。在“正?！钡挠钪鏁r(shí)空，無論你做什么，都不可能改變時(shí)間的流逝。而在黑洞里，無論你做什么，都不可能改變空間的流逝！也就是說，所有物體，包括光，都會(huì)無法抗拒地往一個(gè)方向移動(dòng)，一齊走向黑洞中心的“奇點(diǎn)”。所以，在黑洞里看不見任何東西，因?yàn)楣饩€不會(huì)射進(jìn)你的眼睛！

那么，科學(xué)家又是怎么知道這些的呢？既然這些都是理論上的推測，那有沒有可能，將來會(huì)出現(xiàn)新的理論，然后發(fā)現(xiàn)這一切都是錯(cuò)的呢？

幾乎不可能。因?yàn)殛P(guān)于黑洞的預(yù)測基于廣義相對(duì)論，這是現(xiàn)代物理學(xué)大廈最堅(jiān)固的基石之一。廣義相對(duì)論不僅預(yù)言了黑洞的存在，還預(yù)言了引力波、引力透鏡效應(yīng)、時(shí)間膨脹等現(xiàn)象，這些都已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)和觀測得到了證實(shí)。

也有理論物理學(xué)家提出了一個(gè)驚人的設(shè)想：進(jìn)入黑洞的人雖然無法原路返回，但有可能通過一個(gè)時(shí)空通道，從另一端的“白洞”出現(xiàn)在宇宙的另一個(gè)角落。連接兩者的這個(gè)時(shí)空通道就是“愛因斯坦-羅森橋”，俗稱“蟲洞”。這聽起來像是科幻小說的情節(jié)，但這種設(shè)想并沒有違反廣義相對(duì)論的原理。

“蟲洞”和“白洞”只是數(shù)學(xué)上可能存在的解，它們是否真的存在，目前還沒有任何證據(jù)能夠證明。因此，這是一個(gè)充滿想象的課題。

人類對(duì)黑洞的研究只是對(duì)宇宙探索的開始。關(guān)于黑洞，人類仍然知之甚少。例如，黑洞影響周圍物質(zhì)的詳細(xì)機(jī)制、黑洞如何在宇宙早期形成、黑洞如何與暗物質(zhì)和暗能量相互作用等問題，都是當(dāng)代科學(xué)研究的前沿。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡和探測器將幫助我們揭開這些謎團(tuán)。未來，黑洞會(huì)有更驚人的發(fā)現(xiàn)在等著我們。

神們自己

科普作家，著有《貓、愛因斯坦和密碼學(xué)：我也能看懂的量子通信》《機(jī)器新腦》