黑洞是宇宙中最為神秘的天體之一，留給大眾最深的印象恐怕就是它那深不見(jiàn)底的“胃口”了，咱們今天就來(lái)聊一聊黑洞的胃口到底有多大，質(zhì)量會(huì)不會(huì)有上限。

按照宇宙大爆炸模型，我們的宇宙迄今為止已經(jīng)存在了138億年之久（可能時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)宇宙本身而言沒(méi)什么意義），而最早的黑洞幾乎是和宇宙一塊誕生的，那么人類(lèi)是何時(shí)才意識(shí)到這種天體的存在呢？

最初的朦朧意識(shí)，是在十八世紀(jì)末提出的拉普拉斯暗星，依靠牛頓的萬(wàn)有引力定律，設(shè)想出一個(gè)引力強(qiáng)大到光子都沒(méi)法逃離的星球，在這個(gè)星球上，光子從表面發(fā)射，其動(dòng)能無(wú)法消除全部的引力勢(shì)能，于是光子最終會(huì)掉落下來(lái)。

當(dāng)然了，這種觀點(diǎn)在今天看來(lái)是非常不成熟的，如果拋開(kāi)這種暗星式的黑洞，那么人類(lèi)真正意識(shí)到黑洞的存在，是在二十世紀(jì)初期，由德國(guó)物理學(xué)家史瓦西依靠愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，得到其的第一個(gè)精確解，這個(gè)解預(yù)言了宇宙中似乎可以存在一種物理性質(zhì)非常奇異的天體，在這個(gè)天體附近有一處范圍（史瓦西半徑），任何物質(zhì)一旦涉足，就會(huì)被無(wú)情的“吸入”天體中心，毫無(wú)逃脫的可能，即使這個(gè)物體是全宇宙速度最快的光。

雖然愛(ài)因斯坦當(dāng)初并不相信宇宙中會(huì)有這種可怕天體的存在，但在這件事上愛(ài)因斯坦的看法是錯(cuò)的，就和他當(dāng)初不相信宇宙會(huì)膨脹一樣，黑洞的存在在今天已經(jīng)成為了一種可觀測(cè)到的事實(shí)。

最初黑洞留給科學(xué)家的印象，就是兩個(gè)字：“能吃”

因?yàn)槔碚擃A(yù)言了任何物質(zhì)都會(huì)被吸入黑洞中心（也就是所謂的奇點(diǎn)區(qū)域），即便這一點(diǎn)在直覺(jué)上很難使人相信，但這卻是廣義相對(duì)論很自然的結(jié)論。那么這是否告訴我們，黑洞由于這樣的特性，它的質(zhì)量可以無(wú)限制的上漲呢？

答案是肯定的。如果黑洞附近的物質(zhì)補(bǔ)充從不中斷，那么黑洞自然就會(huì)不斷的吃下去。畢竟當(dāng)你朝著一個(gè)黑洞甩過(guò)去一個(gè)沙發(fā)，它會(huì)吞進(jìn)去再吐出來(lái)嗎？很顯然是不可能的，否則就違背黑洞內(nèi)部的物理機(jī)制了。

而這個(gè)物理機(jī)制是指什么呢？專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫做“單向膜區(qū)”。這就是黑洞質(zhì)量能夠無(wú)限上漲的關(guān)鍵所在。簡(jiǎn)單來(lái)講，就是存在于這個(gè)區(qū)域的物體，它們的運(yùn)動(dòng)方向只有一個(gè)，就是不斷的靠近奇點(diǎn)區(qū)域。

以史瓦西黑洞為例，由于這種黑洞是無(wú)自轉(zhuǎn)不帶電的，是黑洞中最為簡(jiǎn)單的一種，意味著在外界的我們，只能得知這個(gè)的黑洞的質(zhì)量是多少，而其它信息一概不知。依靠廣義相對(duì)論，我們可以得知，在史瓦西黑洞內(nèi)部，除了奇點(diǎn)以外，全部都是真空區(qū)域，因?yàn)樗新淙胧吠呶骱诙吹奈镔|(zhì)，都會(huì)不可抗拒的掉入奇點(diǎn)。

在通常的科普文章，對(duì)于黑洞的這種性質(zhì)，會(huì)以時(shí)空坐標(biāo)互換為解釋?zhuān)f(shuō)原先的時(shí)間空間坐標(biāo)，在黑洞內(nèi)部進(jìn)行了互換，這樣一來(lái)物體在黑洞內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)，原本的空間坐標(biāo)改為時(shí)間坐標(biāo)來(lái)描述，而時(shí)間只能單向流動(dòng)指向奇點(diǎn)，因此物體的運(yùn)動(dòng)也成了單向，就是不斷的往奇點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。

但個(gè)人認(rèn)為這樣的解釋還是難了一些，畢竟這里所說(shuō)的時(shí)空間坐標(biāo)是外部觀測(cè)者所定的一個(gè)坐標(biāo)系，而在黑洞內(nèi)部的物體則并不會(huì)感到什么時(shí)空變換，對(duì)于它們而言，只有越來(lái)越強(qiáng)的潮汐力襲來(lái)，最終在有限時(shí)間內(nèi)掉入奇點(diǎn)。

因此個(gè)人傾向于另一種等價(jià)的解釋?zhuān)褪怯霉忮F這個(gè)概念。

說(shuō)起光錐，估計(jì)不少人都有過(guò)耳聞，比如“光錐之內(nèi)即命運(yùn)”之類(lèi)的話，這句話是比較文藝的講法，原因是因?yàn)橄鄬?duì)論中有一個(gè)前提條件，所有物體的世界線都是類(lèi)時(shí)或類(lèi)光曲線（類(lèi)空曲線違背因果律），而這兩種曲線就存在于光錐中，一個(gè)在表一個(gè)在內(nèi)。

上圖就是四維平直時(shí)空中的光錐，也就是存在于狹義相對(duì)論中的光錐，所有事件的未來(lái)發(fā)展都包含在光錐的上錐面之中。當(dāng)然了，涉及黑洞，時(shí)空自然不可能繼續(xù)保持平直，在時(shí)空彎曲后，光錐的形狀也要發(fā)生變化，利用特定的坐標(biāo)系我們可以畫(huà)出黑洞附近（包括黑洞內(nèi)部）的時(shí)空?qǐng)D，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在黑洞內(nèi)部的光錐，朝向都是統(tǒng)一的面向奇點(diǎn)，這句話的意思就是所有內(nèi)部物體的命運(yùn)，都是不斷的接近并掉入奇點(diǎn)。

在了解這個(gè)概念之后，如果以后有人問(wèn)你：為什么物體不能從黑洞內(nèi)部逃脫？你可以回答：因?yàn)楣忮F朝內(nèi)，物體只能不斷靠近奇點(diǎn)。

由此我們也可以知道，如果有物質(zhì)不慎被黑洞”吸住“，那么等待它的命運(yùn)只有一條，就是進(jìn)入奇點(diǎn)。那么這也說(shuō)明，進(jìn)入黑洞內(nèi)部的物體是沒(méi)有機(jī)會(huì)再飛出來(lái)的，也意味著黑洞的質(zhì)量可以無(wú)上限的增加，永遠(yuǎn)都處于來(lái)者不拒的狀態(tài)。

然而還有另一種情況，沒(méi)有物質(zhì)進(jìn)入的黑洞會(huì)怎么樣呢？

如果一個(gè)黑洞附近都是空蕩蕩的，周?chē)鷽](méi)有物質(zhì)可以供它”吃“（提醒一點(diǎn)，這里的說(shuō)法僅僅是比喻，并不是說(shuō)黑洞存在意義就是為了吃，好像說(shuō)的黑洞有意識(shí)一樣，只是黑洞的屬性使得其周?chē)嬖诘奈镔|(zhì)都岌岌可危而已），那么這個(gè)黑洞會(huì)怎么樣呢？

有人說(shuō)了，既然沒(méi)有物質(zhì)吸收，那么黑洞就保持原樣唄，畢竟黑洞內(nèi)部的物質(zhì)又出不來(lái)，難不成還餓瘦了不成？

上面這句話代表了上世紀(jì)七十年代前科學(xué)界的觀點(diǎn)，但后來(lái)隨著霍金等人對(duì)黑洞開(kāi)始研究，原本死氣沉沉的黑洞一下子有了變化，霍金輻射告訴我們：黑洞時(shí)刻都有質(zhì)量丟失，如果存在一個(gè)孤立的黑洞，那么它的凈質(zhì)量會(huì)隨時(shí)間減小。

這一結(jié)論是霍金在黑洞附近考慮了量子理論所得出的，實(shí)際上這里黑洞質(zhì)量的減少，并不是真的發(fā)生了物體從黑洞內(nèi)部飛走，而是視界附近產(chǎn)生的虛粒子對(duì)受黑洞影響，其中帶有負(fù)能量的粒子進(jìn)入黑洞，引起黑洞質(zhì)量的減小，而另一個(gè)正能量的粒子則遠(yuǎn)離黑洞，總體表現(xiàn)就好像黑洞在發(fā)射出物質(zhì)，使得自身質(zhì)量減小一樣。

當(dāng)然了，雖然霍金輻射已經(jīng)提出幾十年了，但至今科學(xué)家們也沒(méi)有實(shí)際觀測(cè)到這種現(xiàn)象的發(fā)生，但基于理論的自信，我們相信這樣的現(xiàn)象是存在的，畢竟相對(duì)論與量子力學(xué)在其所擅長(zhǎng)的方面都取得了驚人的成績(jī)。

除此之外，雖然黑洞的質(zhì)量沒(méi)有上限，但限于人類(lèi)科技水平（以及黑洞的特性），人們目前所發(fā)現(xiàn)的黑洞數(shù)量并不多，科學(xué)家們對(duì)于不同質(zhì)量的黑洞，定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

將質(zhì)量在3到100倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞稱為恒星級(jí)黑洞，100到10萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的稱為中等質(zhì)量黑洞，再往上的稱為超大質(zhì)量黑洞。

比如離咱們35億光年處，位于OJ287類(lèi)星體中的兩顆超大質(zhì)量黑洞，大的質(zhì)量為太陽(yáng)的184億倍，小的質(zhì)量是太陽(yáng)的1.46億倍。

順帶說(shuō)一下最近由我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的“不符合理論”的恒星級(jí)黑洞LB-1

這顆黑洞的質(zhì)量大約在70倍太陽(yáng)質(zhì)量左右，有人疑惑道：不是說(shuō)恒星級(jí)黑洞的質(zhì)量在3到100倍太陽(yáng)質(zhì)量嗎，這才70倍，怎么就不符合理論了？

因?yàn)檫@顆黑洞的生長(zhǎng)環(huán)境比較特殊，我們知道恒星級(jí)黑洞，顧名思義是由恒星演化末期形成的，而恒星的金屬豐度決定了其最后能成為多大質(zhì)量的黑洞

這顆LB-1黑洞有一顆B型星在繞其轉(zhuǎn)圈，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這顆B型星的金屬豐度與太陽(yáng)接近，這就意味著這顆黑洞生前在恒星時(shí)期的金屬豐度也差不多和太陽(yáng)類(lèi)似，按照現(xiàn)有的理論來(lái)說(shuō)，這顆黑洞的質(zhì)量應(yīng)該不會(huì)超過(guò)25倍太陽(yáng)質(zhì)量。然而現(xiàn)在的事實(shí)就是這顆黑洞質(zhì)量有70倍太陽(yáng)質(zhì)量，這意味著我們現(xiàn)有的部分理論將需要重新修改。

總的來(lái)說(shuō)，理論上黑洞的質(zhì)量是可以無(wú)限上升的，取決于到底有多少物質(zhì)可以去“喂”它。當(dāng)然了，除了能吃以外，黑洞還將有可能成為相對(duì)論與量子力學(xué)結(jié)合的關(guān)鍵，可以說(shuō)黑洞內(nèi)部藏著一處大寶藏。

本篇文章的內(nèi)容到此結(jié)束。

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