关于黑洞，你可能不知道的十件事_风闻

它们是黑色的，就像一个无底洞……啊，黑洞！现代天文学的魔主，宇宙中最令人颤栗的诱惑者，令人讨厌的怪兽，物质世界最可怕的东西……但我们对它着迷，即使我们对它并不了解。

我们本可以罗列出上百个关于黑洞的奇怪事情，不过本文仅提出十个关于黑洞的事实，有些读者可能已经知晓其中的一些，但希望你们不是全知道，如果你真的全都知道，那么请随意留下体现您优越智慧的评论。

一、它们的强大不在于他们的质量，而在于它们的尺度。

产生黑洞的最常见方式是大质量恒星的崩溃，当这些恒星核心中的燃料耗尽之时，向外的支撑力与向内的引力平衡被打破，巨大的坍塌引发冲击波，炸毁恒星残留的外壳，星系中便会出现一个超新星，一个大质量恒星死于核心的向内坍缩和其余部分的向外爆发。

如果核心质量足够大，那么重力加速度变得如此强大以至于在坍缩核心的表面处，逃逸速度增加到光速。这意味着没有任何东西可以逃脱这个物体的引力，包括光，所以它是黑色的。

但是，质量虽然很重要，但有的时候，它只是重要的小事。

二、它们不是无限小。

坍缩的恒星核心在成为黑洞的过程中会发生什么，我们永远无法观测这个过程，它也不会释放出任何信息。但是我们对这个过程可以通过数学方法去推导，至少可以将数学应用到崩溃的恒星核心，奇点产生之前。

它将持续坍缩，小之又小……你可能在一些科普读物中读到：它会一直收缩到一个几何学中的点，一个抽象的没有尺度的点。这可能会让你感到困惑，疑惑是有道理的……因为这种描述不是十分正确。

奇点可能将小于原子，小于原子核，甚至小于电子。它最终将达到一个称为普朗克长度的尺寸，这个尺度非常小，以至于在量子力学中都不能再小了，这样的尺度上，经典的引力和时空规则开始失效，包括广义相对论。

也就是说如果一个物体比这个尺寸还要小，它在物理学中已经没有意义了，如果宇宙本身阻止你测量它，你可以认为这个东西已经去往别的宇宙了。

一个普朗克长度大约为1.6x10的-35次方米，这是光在一个普朗克时间内所传播的距离。因此，如果有人说黑洞的大小为零，那么你可以说这样讲不对，只能说它很接近。

三、它们是球体，绝对不是漏斗状的。

一个天体的引力大小取决于两个因素：天体的质量以及与该天体的距离。在一个大质量球体周围相同距离上，会感受到来自该球体相同的引力。黑洞事件视界的大小取决于引力，因此事件视界实际上就是围绕黑洞的球体。

有人会认为黑洞是个圆圈，或者更糟糕，认为它是个漏斗。漏斗是人们试图将引力解释为空间弯曲的错误方式，因为他想通过将三维空间折叠成二维来简化事物。

他们会说空间就像一张床单，导致空间弯曲的天体，就像一个保龄球会扭曲床单一样。但是空间不是二维而是三维的，如果包括时间，时空是四维的。因此这种解释可能会使人们对黑洞事件视界的实际形状感到困惑。

可能有孩子会提问：如果你从下面接近一个黑洞会发生什么？就是因为他们没有理解黑洞其实是球体，根本没有下面。

可悲的是，漏斗依然最好的比喻，所以我们还会坚持用它来形容黑洞，但是要小心使用。

四、黑洞在旋转！

这没有什么可奇怪的，黑洞确实在旋转。

当旋转的大质量恒星核心坍缩时，就像花样滑冰表演者通过收缩手臂来增加他的旋转速度一样，随着恒星核心变小，它的旋转速度更快。如果它没有足够的质量成为一个黑洞，物质会被挤压成一颗中子星，一个直径只有几公里的中子球。我们已经检测到数百个这样的脉冲中子星，它们的旋转速度非常快，甚至达到每秒数百次！黑洞也是如此。

即使物质缩小到比事件视界更小，并且永远从外部宇宙丢失，它仍然在旋转。当然，事件视界之内发生的具体情况我们已经无法通过数学计算去了解了，因为它发生在等同于无限远的事件视界的另一边。

五、在黑洞附近，时空变得很奇怪。

黑洞扭曲了时空结构，在巨大的引力中高速旋转会导致时空发生变形，空间被缠绕在黑洞周围，就像织物被卷入旋转的钻头。

这在事件视界之外创建了一个称为“能层”的空间区域。它是一个扁球体，如果你在事件视界之外，但在“能层”范围之内，你会发现你无法静止不动，因为空间本身在动，并且拖着你一起运动，事实上在“能层”空间内移动的速度比光快！物质不能超光速，但是空间本身可以做到。因此，如果你想悬停在一个黑洞上，你必须在与旋转相反的方向上比光速更快，当然你做不到，所以只能随着空间旋转，要么脱离“能层”，要么堕入黑洞，没有别的选择。

六、接近黑洞会以有趣的方式死亡，这是可怕而且很棒的死亡方式。

引力取决于距离，距离天体越远，它的引力就越弱。因此，如果一个长条型的物体，比如一个人，靠近一个质量巨大的天体，那么这个人会在头脚两端感受到不同的引力强度，这种引力随距离的变化被称为潮汐力，说潮汐力有点用词不当，它并非真正的作用力，而是一种引力差。地球海洋的潮汐就是这种引力差异造成的。

问题是黑洞可能很小，一个质量约为太阳三倍的黑洞的事件视界跨度只有几公里，这说明着你可以很接近它们，反过来则意味着此时你感受到的潮汐力会变得非常大，头脚之间的距离产生的引力差会变得很大、巨大、非常强大！以至于你会被扯成很长，拉成一条细长的线然后被撕碎……天文学家称之为“面条化”。因此靠近黑洞是危险的，即使你试图保持距离，不再继续下降。

七、黑洞并不总是黑的。

实际上，你可能根本无法接近黑洞，原因是在你距离黑洞还非常遥远的时候，死亡就已经降临了!

吸积盘及喷流 NASA / CXC 

基本上不会有物质会直接落入黑洞，被黑洞捕获的物质只要稍微有一点侧向运动，就会形成环绕黑洞的螺旋运动，随着吸积盘中的其他物质开始越来越快的疯狂旋转。因为引力随着距离的变化而迅速变化，越靠近黑洞的物质运动的越快，将导致物质之间开始剧烈的摩擦并产生热量。

非常的热，热到发光，发出强烈的光……不仅是红外、可见光、紫外线，还有X射线甚至更加高能的伽马射线。更糟的是，因为吸积盘的磁场被自转的黑洞拖拽，当磁力线被缠紧时就会形成沿着黑洞自转轴方向发射出高强度等离子体喷流，这是一个活跃黑洞，甚至会成为宇宙中最明亮的天体。

黑洞很危险，绝不要靠近它们。

八、黑洞并不总是危险的。

在问答平台上经常看到类似这样的问题：如果将太阳置换为一个相等质量的黑洞，会发生什么？也许有人会认为地球将不可避免地被黑洞的强大引力捕获，最终坠入黑洞。事实上这不会发生，因为一个与太阳相同质量的黑洞替换太阳后，不会使地球的轨道发生任何改变。地球在一个天文单位外受到的牵引力与之前完全相同，地球将围绕这个黑洞运行，就像它围绕太阳运行一样。当然，失去太阳辐射，地球将被冰冻。

九、黑洞可能会变大。

黑洞通过吞噬物质而不断生长，如果两个黑洞发生碰撞会合并出一个更大的黑洞。天文学家认为，在早期宇宙，星系刚刚形成时，在新生星系的中心，物质会聚集并产生一个非常大的黑洞。随着更多的物质落入其中，最终会出现一个超大质量黑洞，一个拥有数百万甚至数十亿倍太阳质量的黑洞。 

但是，当星系中心黑洞在汇聚并吞噬物质的同时，它会变的非常的热，以至于辐射出的光产生的压力可以吹走周围的物质，就像太阳风，但规模更大，这种辐射光压可以阻止更多物质靠近黑洞。随着时间推移，黑洞周围的气体和尘埃生长出恒星，而恒星不会那么容易落入黑洞，因此黑洞最终会停止消耗物质。星系中心的超大质量黑洞停止增长，星系变得稳定，生命才有机会。

事实上在我们观测到的几乎每个大星系中，都有一个超大质量黑洞，包括我们的银河系中心，它的质量是太阳的四百万倍。不过这个中心黑洞在距离我们非常遥远的26000光年之外，并且它占整个银河系的质量比例非常小，因此它不会伤害到太阳系中的生命，因为它并不是一个活跃的黑洞。

十、黑洞可以是低密度的。

在所有关于黑洞的奇异之处中，这个可能是最令人感到奇怪的。

随着黑洞质量变大，黑洞的史瓦西半径随之变得更大。因为随着质量的增加，引力会变得更强。通过计算会发现史瓦西半径与黑洞质量成正比。也就是说：如果黑洞质量加倍，事件视界半径也会增加一倍。

这就奇怪了！

假如有两个相同大小的粘土球，将它们糅合在一起，结果是质量增加了一倍，而新的粘土球半径只增加了一点。根据球体体积公式，要使粘土球的半径加倍，你需要将八个相同的粘土球糅合在一起。但黑洞不同，质量加倍，史瓦西半径加倍。

这就影响到黑洞的密度了，密度是指特定体积内填充的质量，保持体积增加质量，密度增加；增加体积质量不变，则密度降低。

现在想一想黑洞事件视界内物质的平均密度：

如果两个相同的黑洞合并，史瓦西半径加倍，质量也增加一倍，但是体积增加了八倍！因此密度实际上降低了，只有原来黑洞的1/4。如果继续合并黑洞，密度会继续降低。

一个普通的三倍太阳质量黑洞，只有大约9公里的史瓦西半径，将三个太阳压缩进这个半径范围内，其中的物质必将具有巨大的密度，大约每立方厘米2千万亿克。

如果质量加倍，密度则下降四倍；质量增加10倍，密度则下降100倍；十亿个太阳质量黑洞会使密度下降1×10^18倍，降到大约每毫升0.001克……这就是空气的密度！

十亿太阳质量黑洞的史瓦西半径约为30亿公里，大致相当于海王星到太阳的距离。也就是说，如果将海王星轨道范围内的空间用一个球体封闭起来并填充上空气，它就是一个黑洞！

为什么会出现这么奇怪的事情？因为事件视界，或称史瓦西半径只是一个界限，一个逃逸速度达到光速的界限。而我们讨论的密度是黑洞的平均密度，在事件视界内，物质分布并不是均匀的，但无论黑洞里边的物质如何分布，都已经与外部物理世界没有关系了。

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观察者：@酆都御史 | 微信公众号：大好山水中人 | 头条号：心系宇宙天地宽