宇宙中存在著一些怪物胧弛，它們能吞噬整個恒星尤误，還能摧毀空間，那就是黑洞结缚。數(shù)十年來它們始終都讓人覺得很神秘损晤。但現(xiàn)在，科學家正在設法進入它們的未知領域红竭。他們發(fā)現(xiàn)黑洞不僅主宰恒星與星系尤勋，還會影響地球上的我們喘落。
因為黑洞可能是一項讓我們能了解所謂現(xiàn)實的真正本質(zhì)的關鍵因素。
設想我們把居住的地球壓縮成彈珠的大小最冰，這樣你會創(chuàng)造出極高密度的物體瘦棋，連每秒前進186,000里的光都無法掙脫它極大的重力牽絆，它就是——黑洞暖哨。天體物理學家認為黑洞的形成可能是因為巨星耗盡燃料并因自身重量而崩塌赌朋。我們并不很確定，因為黑洞的存在違反了公認的物理定律篇裁。
黑洞聽起來像是科幻小說的情節(jié)沛慢，但比科幻小說更棒。因為它是真實的茴恰。黑洞能讓我們窺見我們對其還沒有概念的世界颠焦。我們甚至還沒有心理準備，不能適當?shù)叵胂笏哪油妗ＴO想你身處一個重力極強的詭異世界伐庭，那個世界里沒有直線，你甚至看不到它分冈，所以它兼具讓人困惑與興奮的特性圾另。
什么是黑洞
黑洞的概念是重力定律的自然延伸，你越接近質(zhì)量大的物體雕沉，重力的拉力就會越大集乔，以阻止任何想擺脫它的東西。地表距離地心是4000里坡椒，因此地表的重力并不很強扰路，連小孩都能抵抗它——跳起能離地2-3秒。但若你能壓縮地球倔叼，讓所有的質(zhì)量都很靠近地心汗唱，重力的強度就會變得很大，任何東西的移動速度都無法快到足以離開地表丈攒。不僅是孩子哩罪，連光速也不例外。如果你能想象創(chuàng)造出密度這么大的物體巡验，連光都掙脫不了际插，由于這個體系是如此的緊密，因此掙脫該物體所需要的速度就會比光速還快显设。
重力其實非常弱框弛，整個地球都在拉一枚火箭，而它卻只需要每秒7里的速度就能掙脫地球敷硅。而若要掙脫黑洞功咒，那相當于將整個太陽壓縮到直徑只有數(shù)公里愉阎，因此移動速度必須比光速還快才能掙脫。
黑洞如何形成
加州一位天體物理學家一直設法了解黑洞的實體是如何在宇宙中形成的力奋。他研究巨星在耗盡燃料并開始縮小時的情形榜旦。有時，我們會將處于全盛時期的恒星比作剛開始的跑步者景殷，感覺很清新溅呢，適當?shù)叵难鯕猓缓阈且彩侨绱嗽持浚鼈儠龑淙紵珊じ谰桑⑶覐乃紵拿恳粋€氫原子核中獲得許多能量，在它們將氫熔合成為氦之后绩蜻，就會熔合越來越多的重元素铣墨，讓燃料消耗得越來越快。因此办绝，到最后就會產(chǎn)生鐵伊约。這是燃料已經(jīng)用完耗盡時，基本上很像是到達極限的馬拉松選手孕蝉。但不同的是屡律，選手可以靠飲食來恢復他的能量，垂死的恒星則是無法起死回生降淮。它的核心再也不會產(chǎn)生熱力和能量超埋，重力持續(xù)往內(nèi)拉，而因為沒有東西可產(chǎn)生壓力來維持形狀佳鳖，所以就會崩塌并產(chǎn)生震波霍殴。震波會往外傳遞炸毀整個恒星，我們就稱這種現(xiàn)象為超新星系吩。
巨星死去時的轟烈景象是天文學家見證過最戲劇性的事件繁成，中國天文學家曾在1054年時觀察到一枚恒星爆炸。由于非常亮淑玫，即使在白天都能觀察得到。另外兩枚恒星大約在400年前爆炸面睛，這些巨大的爆炸留下了直徑數(shù)百光年的氣體和塵埃絮蒿，到今天還能觀察到，也還在擴張中叁鉴。但是黑洞研究人員有興趣的不是爆炸土涝，而是在垂死恒星的核心所發(fā)生的事。現(xiàn)代天文學家從未觀察到我們的星系中有恒星爆炸幌墓，但理論物理學家預測如果恒星夠大但壮，它崩塌中的核心應該會縮小冀泻，而形成黑洞。
但是這種怪異的崩塌恒星遺體真的存在于宇宙中嗎蜡饵？它們可能潛伏在超新星的那些氣體與塵埃的中心嗎弹渔？爆炸中的恒星是否真的能形成黑洞？
要形成黑洞溯祸，首先需要特定角動量肢专，但是要形成一個旋轉(zhuǎn)中的黑洞，則需要大量的角動量焦辅。有兩種方法可以了解黑洞是否真在恒星爆炸時形成博杖。A.等待我們的星系中出現(xiàn)超新星，然后用現(xiàn)代天文學的所有工具分析它筷登。Ps：但這種情況可能一個世紀才出現(xiàn)一次剃根。B.讓恒星在功能強大的超級計算機里爆炸。模擬超新星的崩塌是非常困難的前方，因為它必須集合很多物理學原理狈醉。包括重力的廣義相對論、崩塌氣體的流體力學以及粒子物理學等镣丑。做這種模擬如同做一次精準的氣象預測舔糖。
讓人驚訝的是，大部分可靠的模擬都沒有爆炸莺匠，只是崩塌而已金吗。基本上就是一切到最后都沒入黑洞中趣竣，恒星會緩慢而穩(wěn)定地消失摇庙。大部分恒星或恒星的一大部分會憑空消失可能是真的。黑洞會靜靜地形成遥缕，這些宇宙吞噬者可能就隱藏在我們周圍卫袒，而我們卻不知道。（不寒而栗啊~）
如何找到黑洞单匣？
要找到黑洞是極為困難的夕凝。就算它不是黑的，也不會輻射能量户秤，它的直徑假設是20里码秉，在十光年的距離之外是不可能找到它的。
但德國天文學家Reinhard Genzel卻認為銀河系中心就存在巨大的黑洞鸡号。而他發(fā)現(xiàn)將會推翻我們對宇宙是如何運作的所有概念转砖。1931年，一位貝爾電話公司的研究員正在測試一套新系統(tǒng)鲸伴，它將把美國大陸的信息傳送到歐洲府蔗，但背景噪音讓他很苦惱晋控。排除一切可能干擾后，他發(fā)現(xiàn)一個奇怪的訊號始終存在姓赤，每當天線指向人馬座赡译，噪音變得很大聲，人馬座恰好位于銀河系的中心模捂。那不像是恒星會發(fā)出的訊號捶朵，天文學家開始懷疑它是否來“黑洞”。
但是當時并無法證實狂男，銀河系的中心被一層厚厚的塵埃遮蔽综看，無法看見。后來岖食，在25年前红碑，一位德國的天文學家Reinhard找到了看穿遮蔽物的方法。他認為問題在于我們是位于銀河系中泡垃，而銀河系中心則是位于我們所在的整個龐大的螺旋星系的中央析珊，有很多臟東西、塵埃和氣體阻擋在我們與銀河系中心之間蔑穴，因此無法觀察忠寻。但是用較長波長的光就能穿透那些塵埃。
紅外線就是波長較長的光存和，很適合用來穿透遮蔽物奕剃。但它很難穿透地球大氣層中的水蒸氣。于是捐腿，Reinhard就前往地球最高纵朋、最干燥的地方——智利亞他加馬沙漠。自1992年開始茄袖，他與他的團隊就開始曠日持久地尋找銀河系中心產(chǎn)生奇怪噪音的物體操软。他們發(fā)現(xiàn)在宇宙中心有一群很稠密的恒星，在銀河系的正中央宪祥，一切都圍繞著它運行聂薪。他們懷疑或許那里有啥東西。Reinhard認為黑洞可能就像是一個巨大的重力中心蝗羊，讓數(shù)十枚恒星圍繞它運行胆建。于是他開始了長期作戰(zhàn)，他每年拍一組照肘交，標出恒星的動態(tài)，并且用一種稱為自動調(diào)光學的新技術來讓這些遙遠恒星的影像更清晰扑馁。數(shù)年之后就出現(xiàn)了讓人驚訝的模式涯呻，恒星在移動凉驻，而且移動得很快。一開始十幾枚复罐，接著是二十幾涝登、三十幾枚恒星，都以極高的速度圍繞著中心的一個完全漆黑且密度極高的物體運行效诅。這會是黑洞存在的第一個證據(jù)嗎胀滚？
黑洞存在于銀河系的中心嗎？
如何證明看不到的黑洞是存在的呢乱投？
雖然光線無法掙脫黑洞咽笼，但是還有重力。比如戚炫，在太陽系的中央有太陽和其他行星剑刑，較外圍的行星圍繞太陽運行的速度很慢，距離太陽越近的行星双肤，運行的速度越快施掏。如果將太陽擋住，結果就是在正中央有一個物體質(zhì)量等于太陽茅糜，行星就繞著它運行七芭。這就是Reinhard論證黑洞的方式夜畴。
Reinhard是第一位真正發(fā)現(xiàn)黑洞存在的人卒煞。此外，他的團隊還發(fā)現(xiàn)一個在其生命周期中已吞噬數(shù)百萬恒星的物體窄瘟。天文學家將它稱為超大質(zhì)量黑洞米死。
黑洞中發(fā)生了什么锌历？
如果恒星、行星甚至是人類太接近黑洞會發(fā)生什么事峦筒？潛伏在銀河系中央的是一種完全看不見的物體究西，但它的重量卻等同于400萬顆行星。天文學家目前認為幾乎每顆星系在它的核心都有一個超大質(zhì)量黑洞物喷。那么卤材，它們是什么呢？
天文學家Juliet一直在研究數(shù)十個遙遠星系的中心峦失，嘗試找到黑洞的蹤跡扇丛。她觀察到在星系的中心都有一個超大質(zhì)量黑洞。所謂超大質(zhì)量是指質(zhì)量比太陽多100萬-10億倍尉辑，氣體飄到其上空時帆精，就會發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞。在氣體即將被吸進去之前，它會被加熱并發(fā)出許多能量卓练，所以會顯得很亮隘蝎。Juliet還發(fā)現(xiàn)到一個現(xiàn)象，宇宙中有一場舞會在進行著襟企，它的規(guī)模大得難以想象嘱么。你會看到兩處速度不同的最亮點。Juliet不經(jīng)思考如果兩個星系中心各有一個黑洞顽悼，當相撞時曼振，那些質(zhì)量龐大的物體會怎樣呢？
當兩個中心有黑洞的星系相撞時蔚龙，它們不會正面撞上冰评，而是會開始旋轉(zhuǎn)，就像跳華爾茲一樣府蛇。Juliet檢測這些跳舞中黑洞的方法就是觀察它們發(fā)出的光集索。所以對那些朝我們而來的黑洞，她可以偵測到波長較短的光聚集在一起汇跨，所以看起來會比較藍务荆。而對那些離我們越來越遠的黑洞，我們可以看到比較紅穷遂，波長較長的光函匕。所以，黑洞在跳華爾茲時蚪黑，就會有這種紅光和藍光的特征盅惜。
在眾多的星系中，黑洞都成雙成對并在漆黑的宇宙中相伴共舞忌穿。
愛因斯坦將空間與時間視為有彈性的物質(zhì)抒寂，可以被重力扭曲。黑洞只是這種物質(zhì)里一口很深的井罷了掠剑。當兩個黑洞彼此靠近時屈芜，這兩口繞軌道運行的井會攪動時空，并傳送出能傳遞到宇宙各處的漣漪朴译。這些波會以光速前進井佑，傳遞到宇宙各處。如果我們能掌握到時空本身的顫動眠寿，我們或許還能聽到它們的碰撞之聲躬翁。
在過去幾年，Jane與她同事一直在監(jiān)測黑洞在繞著彼此旋轉(zhuǎn)時所發(fā)出的聲音盯拱。制作模型需要大量復雜的運算盒发，以及長達數(shù)月的超級運算例嘱。模型中，小黑洞環(huán)繞較大黑洞的軌道宁舰，它會發(fā)出擊鼓的聲音蝶防，而鼓就是時空本身。一開始的頻率較高明吩，速度也較快。直到它掉進大黑洞殷费，進入它的咽喉印荔，然后兩個黑洞會一起發(fā)出聲音，到最后形成一個黑洞详羡。
因為黑洞將空間與時間攪動得很厲害仍律，一個黑洞環(huán)繞另一個黑洞時的軌道看起來一點都不像地球環(huán)繞太陽時的軌道。它的軌道會進來環(huán)繞黑洞实柠，接著會繞一整個圓形的循環(huán)之后才再繞出去水泉。因此，軌道不是橢圓形窒盐，而是宛如三葉草的形狀草则。Juliet很吃驚，因為宇宙中最重的兩個物體彼此環(huán)繞時的路徑圖跟兩個最輕的物體（原子內(nèi)部的質(zhì)子和電子）彼此環(huán)繞時非常相似蟹漓。
我們談到一般的物體炕横，甚至是人類時，他們絕不會一模一樣葡粒。即使是復制出來的人份殿，也不會完全一模一樣。在這方面嗽交，人與一般物體都不像基本粒子卿嘲，是可區(qū)分的。但黑洞就相當不同夫壁，黑洞像基本粒子拾枣！目前，這個概念只是假設掌唾。但在5年內(nèi)放前，敏感度超強的探測器應該就能掌握兩個龐大的黑洞在環(huán)繞彼此時，在空間產(chǎn)生的漣漪糯彬。
霍金理論
連接很大與很小物體物理學的第一步始于霍金在1974年的理論凭语。很小物體理論，量子力學撩扒，預測空間中應該充滿著粒子與反粒子似扔。它們成對存在吨些，接著在極短的時間之后就會彼此消逝。這些粒子存在的時間極為短暫炒辉。因此不被認為是真實的一部分豪墅。物理學家將它們稱為虛粒子。但霍金認為宇宙中有一個特別的地方黔寇，能讓這些粒子變成真實：在黑洞周圍的空間中偶器，有一條稱為事件視界的隱形線條，在那條線外重力的作用太弱缝裤，無法困住光線屏轰。在線內(nèi)，什么都無法逃脫重力的拉力憋飞。如果一對虛粒子恰好在事件視界之外形成霎苗，那么其中之一可能會在重新結合之前就越過了那個不歸點，掉進黑洞榛做。它留下的同伴就逃脫了唁盏，成為真正的輻射，霍金輻射检眯。
如果霍金是對的厘擂，那黑洞就應該不是黑的，它們應該會發(fā)光轰传，只是光線非常微弱驴党。
Jeff Stinhauer找到了方法來測試霍金理論。他創(chuàng)造了一個音波的黑洞获茬！只能吸收音波港庄，只以十萬個原子構成質(zhì)量很小。他制造音波黑洞的方法是從一些微小的銣原子開始恕曲，將它們冷卻到華氏零下459度鹏氧。原子在流動時，流速比音速還快佩谣，如果有音波要往原子流的反方向移動把还，就無法前進。這就類似真正的黑洞茸俭。因光波無法掙脫強大的重力吊履。Jeff目前還未偵測到，但他認為只要改進他的實驗调鬓，一年內(nèi)應該能探測到艇炎。
世界頂尖的物理學家Leonard Sasskind在16歲時是個水管工。他的弦論的發(fā)明跟水管有很多關聯(lián)腾窝。30年前缀踪，他當時在舊金山聽霍金的演講居砖，在那次演講中霍金主張很特別——黑洞似乎違反了很重要的物理原則，這個原理稱為訊息守恒驴娃。
霍金認為對被黑洞吸入到核心的每盎司物質(zhì)來說奏候，都會從事件視界輻射出等量的能量。但因為黑洞的中心與事件視界之間沒有實體的連接唇敞，所以這兩個步驟無法分享任何訊息蔗草。從物理學基本原理的角度看，訊息是不會遺失的疆柔。所以這如同災難蕉世。不過霍金宣稱宇宙中有某些特殊的地方會打破物理基本原則。訊息進入黑洞時會如何婆硬？根據(jù)霍金的答案，它就像進入了排水管奸例，從此完全消失于宇宙彬犯。這從根本違反了物理學原理。如果霍金是正確的查吊，這意味著大部分現(xiàn)代物理學都有嚴重瑕疵谐区。黑洞在它們的生命周期內(nèi)吞噬恒星，卻未留下任何記錄逻卖。根據(jù)霍金的說法宋列，黑洞不會攪亂訊息，它會完全摧毀訊息评也。
進入黑洞后會發(fā)生什么炼杖？
會被黑洞消滅嗎？
死與生的悖論
Leonard用一個宇宙思考實驗來驗證黑洞盗迟。航天員Alice和Bob坤邪，以及黑洞。Bob在宇宙飛船里環(huán)繞著黑洞飛行罚缕，Alice決定要跳進黑洞艇纺。Bob會看到Alice掉進黑洞，她越來越接近事件視界邮弹，但速度會變慢黔衡。因為黑洞的重力會嚴重地扭曲，事件視界附近的時空愛因斯坦的相對論預測Bob會看到Alice的速度越來越慢腌乡，直到停下來完全靜止盟劫。另一面，Alice的情況則完全不同导饲，她掉進黑洞完全沒感覺到痛苦捞高，只有在她接近內(nèi)部時氯材，才會感動不舒服。她感到自己被越來越扭曲硝岗，直到死亡氢哮。
這兩種描述顯然充滿矛盾，在一個版本中型檀，她死了冗尤。而另一版中，她被凍結在時空里胀溺，但還活著裂七。如何解決這個悖論？Leonard突然想到基本粒子不僅是我們所看到的表象仓坞，如螺旋槳在高速旋轉(zhuǎn)時背零，看起來就只有一個簡單的粒子。但若你有高速相機无埃，就能捕捉到它旋轉(zhuǎn)的畫面徙瓶。你會發(fā)現(xiàn)它不只是你所了解的那樣，它還有葉片嫉称。在弦論中侦镇，基本粒子在振動之上還有振動，就好像螺旋槳织阅，在葉片的末端還有更多螺旋槳壳繁。每個螺旋槳的轉(zhuǎn)速都比之前的快。用高速相機拍攝荔棉，就會看到畫面中出現(xiàn)越來越多的結構闹炉。粒子似乎會成長，會持續(xù)成長到充滿整個宇宙為止润樱。
Leonard意識到黑洞就像是吉高速的相機剩胁，物體在接近事件視界時，它顯然會降低該物體的速度∠楣現(xiàn)在來進行另一場思考實驗昵观，Alice駕駛一架飛機，動力是一具弦論螺旋槳舌稀，她飛過事件視界啊犬。自始至終，她只看到螺旋槳中央的旋翼葉轂壁查。在黑洞中心觉至，她遭遇相同。一些飛機碎片伴隨她睡腿。但Bob看到的則很不一樣语御，首先他會看到第一個螺旋槳峻贮，接著螺旋槳的速度進一步減慢時，他會開始看到外部螺旋槳有點像一個接一個結果整個螺旋槳會變得越來越大应闯。最后大到足以遮蔽整個事件視界纤控。
這兩種景象看來不再矛盾，Leonard將其稱為全像原理碉纺。他認為黑洞的事件視界就是在其中心的三維度物體的二維度呈現(xiàn)船万。解決了訊息遺失的問題。每個掉進黑洞的物體都會把痕跡留在中心部分骨田，以及在事件視界處微微發(fā)亮的全像圖上耿导。黑洞從事件視界發(fā)出霍金輻射時，那輻射就會連接到掉入的物體态贤，訊息并沒有遺失舱呻。
Leonard的這個理論讓我們對世界有了重新認知。就像有兩種版本來形容你和我悠汽，以及房間里的一切狮荔，一個是一般所認知的三維度現(xiàn)實世界，而另一個就像房間墻壁上的全像圖介粘。看起來混亂晚树，但其中仍有著完全相同的訊息姻采。訊息是儲存在某種全像影片上的，地點是在宇宙的邊緣爵憎。
在某種意義上慨亲，三度空間只是真實世界的一個版本；另一個版本存在于數(shù)十億光年之外的全像影片上宝鼓。這兩種現(xiàn)實為何會同時存在刑棵，是目前物理學界必須解開的最大謎團。從這一切所衍生出的最大挑戰(zhàn)之一愚铡，就是了解空間本身蛉签。為何三維度的空間會把所有的訊息都存儲成二維度的全像圖，黑洞帶來了這些挑戰(zhàn)沥寥，并讓這些挑戰(zhàn)變得更難以克服碍舍。因為，黑洞實際上是一般空間無法存在的地方邑雅，空間是如何出現(xiàn)的片橡？這正是我們下一步要去思考的問題。
黑洞在過去近一個世紀中一直吸引著人們淮野。我們把它想象成是時光機捧书，是前往平行宇宙的快捷方式吹泡。以及有一天會吞噬地球的災難。這些想法有一天或許會得到證實经瓷。它微微發(fā)光的表面似乎在告訴我們爆哑，我們所認為在這里的一切都會反射到我們神秘的宇宙邊緣。
