它們是黑色的，就像一個無底洞……啊，黑洞！現(xiàn)代天文學的魔主，宇宙中最令人顫栗的誘惑者，令人討厭的怪獸，物質世界最可怕的東西……但我們對它著迷，即使我們對它并不了解。

我們本可以羅列出上百個關于黑洞的奇怪事情，不過本文僅提出十個關于黑洞的事實，有些讀者可能已經(jīng)知曉其中的一些，但希望你們不是全知道，如果你真的全都知道，那么請隨意留下體現(xiàn)您優(yōu)越智慧的評論。

一、它們的強大不在于他們的質量，而在于它們的尺度。

產(chǎn)生黑洞的最常見方式是大質量恒星的崩潰，當這些恒星核心中的燃料耗盡之時，向外的支撐力與向內的引力平衡被打破，巨大的坍塌引發(fā)沖擊波，炸毀恒星殘留的外殼，星系中便會出現(xiàn)一個超新星，一個大質量恒星死于核心的向內坍縮和其余部分的向外爆發(fā)。

如果核心質量足夠大，那么重力加速度變得如此強大以至于在坍縮核心的表面處，逃逸速度增加到光速。這意味著沒有任何東西可以逃脫這個物體的引力，包括光，所以它是黑色的。

但是，質量雖然很重要，但有的時候，它只是重要的小事。

二、它們不是無限小。

坍縮的恒星核心在成為黑洞的過程中會發(fā)生什么，我們永遠無法觀測這個過程，它也不會釋放出任何信息。但是我們對這個過程可以通過數(shù)學方法去推導，至少可以將數(shù)學應用到崩潰的恒星核心，奇點產(chǎn)生之前。

它將持續(xù)坍縮，小之又小……你可能在一些科普讀物中讀到：它會一直收縮到一個幾何學中的點，一個抽象的沒有尺度的點。這可能會讓你感到困惑，疑惑是有道理的……因為這種描述不是十分正確。

奇點可能將小于原子，小于原子核，甚至小于電子。它最終將達到一個稱為普朗克長度的尺寸，這個尺度非常小，以至于在量子力學中都不能再小了，這樣的尺度上，經(jīng)典的引力和時空規(guī)則開始失效，包括廣義相對論。

也就是說如果一個物體比這個尺寸還要小，它在物理學中已經(jīng)沒有意義了，如果宇宙本身阻止你測量它，你可以認為這個東西已經(jīng)去往別的宇宙了。

一個普朗克長度大約為1.6x10的-35次方米，這是光在一個普朗克時間內所傳播的距離。因此，如果有人說黑洞的大小為零，那么你可以說這樣講不對，只能說它很接近。

三、它們是球體，絕對不是漏斗狀的。

一個天體的引力大小取決于兩個因素：天體的質量以及與該天體的距離。在一個大質量球體周圍相同距離上，會感受到來自該球體相同的引力。黑洞事件視界的大小取決于引力，因此事件視界實際上就是圍繞黑洞的球體。

有人會認為黑洞是個圓圈，或者更糟糕，認為它是個漏斗。漏斗是人們試圖將引力解釋為空間彎曲的錯誤方式，因為他想通過將三維空間折疊成二維來簡化事物。

他們會說空間就像一張床單，導致空間彎曲的天體，就像一個保齡球會扭曲床單一樣。但是空間不是二維而是三維的，如果包括時間，時空是四維的。因此這種解釋可能會使人們對黑洞事件視界的實際形狀感到困惑。

可能有孩子會提問：如果你從下面接近一個黑洞會發(fā)生什么？就是因為他們沒有理解黑洞其實是球體，根本沒有下面。

可悲的是，漏斗依然最好的比喻，所以我們還會堅持用它來形容黑洞，但是要小心使用。

四、黑洞在旋轉！

這沒有什么可奇怪的，黑洞確實在旋轉。

當旋轉的大質量恒星核心坍縮時，就像花樣滑冰表演者通過收縮手臂來增加他的旋轉速度一樣，隨著恒星核心變小，它的旋轉速度更快。如果它沒有足夠的質量成為一個黑洞，物質會被擠壓成一顆中子星，一個直徑只有幾公里的中子球。我們已經(jīng)檢測到數(shù)百個這樣的脈沖中子星，它們的旋轉速度非?？欤踔吝_到每秒數(shù)百次！黑洞也是如此。

即使物質縮小到比事件視界更小，并且永遠從外部宇宙丟失，它仍然在旋轉。當然，事件視界之內發(fā)生的具體情況我們已經(jīng)無法通過數(shù)學計算去了解了，因為它發(fā)生在等同于無限遠的事件視界的另一邊。

五、在黑洞附近，時空變得很奇怪。

黑洞扭曲了時空結構，在巨大的引力中高速旋轉會導致時空發(fā)生變形，空間被纏繞在黑洞周圍，就像織物被卷入旋轉的鉆頭。

這在事件視界之外創(chuàng)建了一個稱為“能層”的空間區(qū)域。它是一個扁球體，如果你在事件視界之外，但在“能層”范圍之內，你會發(fā)現(xiàn)你無法靜止不動，因為空間本身在動，并且拖著你一起運動，事實上在“能層”空間內移動的速度比光快！物質不能超光速，但是空間本身可以做到。因此，如果你想懸停在一個黑洞上，你必須在與旋轉相反的方向上比光速更快，當然你做不到，所以只能隨著空間旋轉，要么脫離“能層”，要么墮入黑洞，沒有別的選擇。

六、接近黑洞會以有趣的方式死亡，這是可怕而且很棒的死亡方式。

引力取決于距離，距離天體越遠，它的引力就越弱。因此，如果一個長條型的物體，比如一個人，靠近一個質量巨大的天體，那么這個人會在頭腳兩端感受到不同的引力強度，這種引力隨距離的變化被稱為潮汐力，說潮汐力有點用詞不當，它并非真正的作用力，而是一種引力差。地球海洋的潮汐就是這種引力差異造成的。

問題是黑洞可能很小，一個質量約為太陽三倍的黑洞的事件視界跨度只有幾公里，這說明著你可以很接近它們，反過來則意味著此時你感受到的潮汐力會變得非常大，頭腳之間的距離產(chǎn)生的引力差會變得很大、巨大、非常強大！以至于你會被扯成很長，拉成一條細長的線然后被撕碎……天文學家稱之為“面條化”。因此靠近黑洞是危險的，即使你試圖保持距離，不再繼續(xù)下降。

七、黑洞并不總是黑的。

實際上，你可能根本無法接近黑洞，原因是在你距離黑洞還非常遙遠的時候，死亡就已經(jīng)降臨了!

吸積盤及噴流 NASA / CXC 

基本上不會有物質會直接落入黑洞，被黑洞捕獲的物質只要稍微有一點側向運動，就會形成環(huán)繞黑洞的螺旋運動，隨著吸積盤中的其他物質開始越來越快的瘋狂旋轉。因為引力隨著距離的變化而迅速變化，越靠近黑洞的物質運動的越快，將導致物質之間開始劇烈的摩擦并產(chǎn)生熱量。

非常的熱，熱到發(fā)光，發(fā)出強烈的光……不僅是紅外、可見光、紫外線，還有X射線甚至更加高能的伽馬射線。更糟的是，因為吸積盤的磁場被自轉的黑洞拖拽，當磁力線被纏緊時就會形成沿著黑洞自轉軸方向發(fā)射出高強度等離子體噴流，這是一個活躍黑洞，甚至會成為宇宙中最明亮的天體。

黑洞很危險，絕不要靠近它們。

八、黑洞并不總是危險的。

在問答平臺上經(jīng)?？吹筋愃七@樣的問題：如果將太陽置換為一個相等質量的黑洞，會發(fā)生什么？也許有人會認為地球將不可避免地被黑洞的強大引力捕獲，最終墜入黑洞。事實上這不會發(fā)生，因為一個與太陽相同質量的黑洞替換太陽后，不會使地球的軌道發(fā)生任何改變。地球在一個天文單位外受到的牽引力與之前完全相同，地球將圍繞這個黑洞運行，就像它圍繞太陽運行一樣。當然，失去太陽輻射，地球將被冰凍。

九、黑洞可能會變大。

黑洞通過吞噬物質而不斷生長，如果兩個黑洞發(fā)生碰撞會合并出一個更大的黑洞。天文學家認為，在早期宇宙，星系剛剛形成時，在新生星系的中心，物質會聚集并產(chǎn)生一個非常大的黑洞。隨著更多的物質落入其中，最終會出現(xiàn)一個超大質量黑洞，一個擁有數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍太陽質量的黑洞。 

但是，當星系中心黑洞在匯聚并吞噬物質的同時，它會變的非常的熱，以至于輻射出的光產(chǎn)生的壓力可以吹走周圍的物質，就像太陽風，但規(guī)模更大，這種輻射光壓可以阻止更多物質靠近黑洞。隨著時間推移，黑洞周圍的氣體和塵埃生長出恒星，而恒星不會那么容易落入黑洞，因此黑洞最終會停止消耗物質。星系中心的超大質量黑洞停止增長，星系變得穩(wěn)定，生命才有機會。

事實上在我們觀測到的幾乎每個大星系中，都有一個超大質量黑洞，包括我們的銀河系中心，它的質量是太陽的四百萬倍。不過這個中心黑洞在距離我們非常遙遠的26000光年之外，并且它占整個銀河系的質量比例非常小，因此它不會傷害到太陽系中的生命，因為它并不是一個活躍的黑洞。

十、黑洞可以是低密度的。

在所有關于黑洞的奇異之處中，這個可能是最令人感到奇怪的。

隨著黑洞質量變大，黑洞的史瓦西半徑隨之變得更大。因為隨著質量的增加，引力會變得更強。通過計算會發(fā)現(xiàn)史瓦西半徑與黑洞質量成正比。也就是說：如果黑洞質量加倍，事件視界半徑也會增加一倍。

這就奇怪了！

假如有兩個相同大小的粘土球，將它們糅合在一起，結果是質量增加了一倍，而新的粘土球半徑只增加了一點。根據(jù)球體體積公式，要使粘土球的半徑加倍，你需要將八個相同的粘土球糅合在一起。但黑洞不同，質量加倍，史瓦西半徑加倍。

這就影響到黑洞的密度了，密度是指特定體積內填充的質量，保持體積增加質量，密度增加；增加體積質量不變，則密度降低。

現(xiàn)在想一想黑洞事件視界內物質的平均密度：

如果兩個相同的黑洞合并，史瓦西半徑加倍，質量也增加一倍，但是體積增加了八倍！因此密度實際上降低了，只有原來黑洞的1/4。如果繼續(xù)合并黑洞，密度會繼續(xù)降低。

一個普通的三倍太陽質量黑洞，只有大約9公里的史瓦西半徑，將三個太陽壓縮進這個半徑范圍內，其中的物質必將具有巨大的密度，大約每立方厘米2千萬億克。

如果質量加倍，密度則下降四倍；質量增加10倍，密度則下降100倍；十億個太陽質量黑洞會使密度下降1×10^18倍，降到大約每毫升0.001克……這就是空氣的密度！

十億太陽質量黑洞的史瓦西半徑約為30億公里，大致相當于海王星到太陽的距離。也就是說，如果將海王星軌道范圍內的空間用一個球體封閉起來并填充上空氣，它就是一個黑洞！

為什么會出現(xiàn)這么奇怪的事情？因為事件視界，或稱史瓦西半徑只是一個界限，一個逃逸速度達到光速的界限。而我們討論的密度是黑洞的平均密度，在事件視界內，物質分布并不是均勻的，但無論黑洞里邊的物質如何分布，都已經(jīng)與外部物理世界沒有關系了。