关于黑洞，你想知道的小知识

本文总结于科普纪录片《黑洞启示录》，或许部分数据已被更新，或许我有理解偏颇，欢迎讨论与指正。

食用前提示，文中含有大量动图，请WIFI下阅读，土豪随意。

01.什么是黑洞

黑洞是一种在科幻小说和科幻电影中经常出现的词汇，人们对于它的好奇远远多于对它的了解。

物理学上这么定义黑洞：一种质量大到可以扭曲时间、空间，并且可以吞噬万物（包括粒子和光乃至电磁辐射）的物质存在。

黑洞的存在一度挑战了物理学家的承受极限。

原因在于黑洞的很多特点违反了当下物理认知。黑洞的推导虽然源自于爱因斯坦的广义相对论，但爱因斯坦本人甚至认为它不可能存在。

第一位通过计算精确推导出黑洞存在于宇宙的科学家是德国的卡尔▪施瓦西 ，他计算出爱因斯坦重力场方程质点和球体质量的解，但爱因斯坦依旧很怀疑黑洞存在的可能性。

02.黑洞的形成

现在主流观点认为，恒星具有可预测的生命周期，常规黑洞（区别于超大型黑洞）的形成来自于巨大恒星的坍塌，巨大的定义为至少是太阳质量的十倍左右大小。

超级黑洞可能产生于宇宙大爆炸后不久

当这种恒星由最初的氢原子燃烧，一路融合为最重的铁元素时候，能量不能被释放，恒星失去保持继续膨胀对抗地心引力的能量，恒星发生坍塌，产生超新星。地心引力继续将爆炸的核心击碎，直至爆炸核心缩小为一个无穷小的点，黑洞形成。

简单说就是地心引力撕扯下，恒星密集爆破的巨大能量把物质在无限小的空间内极度压缩会形成黑洞。由此也推论出另一个观点，即大型恒星的最后归宿就是黑洞。

黑洞吞噬恒星，同时放出喷流

黑洞吞噬

03.人类怎么观测到黑洞的

首先确定一点：黑洞不能被直接观测到。

不运动的黑洞对人类来说是隐形的，人类至今无法凭借任何仪器对黑洞进行直接观测。

好在人类可以通过观测运动的黑洞对周围物质和引力的影响，来确定黑洞的存在。这一观点最早由英国牧师John Michell于1793年给Henry Cavendish的信中提出。

基于黑洞吞噬万物的特点，黑洞在吞噬物质特别是恒星的时候，会释放出大量的光和热，也会释放出强大的X射线，还有黑洞周围包裹着的气体尘埃混合物形成的吸积盘，这都有助于人类从侧面去观测黑洞。

黑洞热辐射喷流

吸积盘观测错觉

诡异的时间环线

第一个被观测到的黑洞

距离地球6000光年远的天鹅座星系，人类在那里观测到Cyg X-1的X射线源，却没有观测到星体，这颗星体似乎是隐形的。

英国天文学家Paul Murdin根据观测星体运动轨迹，断定天鹅座X-1是作为双星存在的，双星亦即一颗恒星因其足够的质量和引力牵引到另一颗恒

星作轨道运动，而那颗发射出X射线的不可见源体，极有可能是一颗黑洞。

1970年Paul Murdin发现了Cyg X-1的伴星，并估算的X-1的质量约为太阳质量的六倍，以3此发表了论文，确认了人类太空观测史上第一次探测到的真实黑洞存在。

补句后话，影片后面介绍的Cyg-1重测质量是太阳的15倍，维百介绍为21.2倍（数据来源于《科学》期刊，2021年2月18日第371卷，第6533期，第1046 - 1049页，DOI：10.1126/science.abb3363）

从时间上看，影片当时的数据后来被更新了。

来自黑洞的正面信号

2015年九月十三日，美国位于Hanford Observatory和Livingston的两处激光干涉引力波天文台LIGO首次接收到来自黑洞的信号，源于十多亿年前两个巨大的黑洞互相吞噬产生的向外扩散的波动───地心引力波。据影片介绍，两个黑洞碰撞产生的能量是整个可视宇宙的50倍，这相当令人震惊。

地球接收到的引力波信号，“啾啾”的声音，很可爱

04.黑洞的一些特性

银河系中心可能存在这一个超级黑洞，这个黑洞的质量可能达到太阳质量的四百万倍，银河系的所有星体都被超级黑洞的引力牵引，围绕着超级黑洞做轨道运动。

15倍是错误的，数据已被更新。宇宙中充满了黑洞，超级黑洞可达太阳质量的数百亿倍

根据影片所展示的研究，36个星系研究观测，每个星系几乎都需要有超级黑洞的存在，才可以建立天体运动模型，缺乏大质量黑洞，天体运动的数学模型就无法建设成功。

假如你身处黑洞引力井深处（并且不死的话），从地球看你的时间’变慢了，行动也变慢了（几乎是凝滞不动），当观测的时间线变得足够长，比如几百万年，会看到你行动迟缓的样子。

有趣的是，研究理论告诉我们，身处其中的你却感觉一切正常，不管是时间还是你的行动。那种变慢，只针对黑洞外的观测者而言。

再假如，你身处黑洞引力井深处，也可以观测到地球的话，你会发现地球变快了，就像是快进电影一样，但比那个要更不可思议的加快，也许你可以凭借身处黑洞不长的时间，从而见证地球的自然消亡。

这种时间差究竟是多少，影片没给介绍，我查资料也没见到有明确的结论，比较可以肯定大一点是，会随着你接近视界范围前往深处，时间差会成正比激增（当然了，这点也没形成主流共识）。

黑洞从外观看是有边界的，他的直径甚至不太大，但内部很可能像宇宙一样广袤。

类似于佛说的一花一世界， 须弥纳于芥子吗？亦即物质无限分割理论？

似乎不是这样，如果是这样，那么黑洞的这个特质就可以应用在任何一个星体或者任何物质上。

那么是什么呢，这里我没看懂，猜测可能是黑洞视界内的时间的空间都被同时扭曲改变了，以至于科学家们推导出黑洞内部无限广袤的可能性结论，这是用现今的物理学理论和人类经验性尝试都无法去理解的。

好了，关于黑洞，就写这些吧。虽然它的伟大航程才刚刚起步。