首先插播一條大新聞！4月10日北京時間晚上9點（休斯敦時間早上8點），全球六個地區同步召開新聞發布會，公布人類有史以來拍到的第一張黑洞照片！
高能劇透！首張黑洞照片正在衝洗中
黑洞照片到底怎麼拍呢？具體只能等到發布會那天才能知道了。但早在2017年中科院高能所就發布了相關科普，好奇寶寶們可以先點開過把癮
視界面望遠鏡：為黑洞拍首張照片
其實在三月份還不知道這條消息的時候，我就打算在四月寫寫黑洞，結果沒過多久就聽說了這個消息，可能這就是緣分吧！因為黑洞實在是太有趣但又太複雜了，所以今天首先介紹的是最簡單的靜止黑洞——史瓦西黑洞（Schwarzschild black hole）。
目錄什麼是黑洞
黑洞的大小
時間和空間
當兩個人都離黑洞非常遠
當悟空乘坐筋鬥雲離黑洞比較近的時候
悟空進入黑洞後
白洞和平行世界
黑洞可以算是宇宙中最神秘的天體之一了。由於巨大的引力，其周圍的時空已經完全被扭曲，以至於連光都跑不出去。它一般由壽命將近的恆星坍縮而成，但不是所有恆星死亡都會變成黑洞。
黑洞捕捉了一個路過的吃瓜恆星，視頻源自NASA
最簡單的估計黑洞半徑的辦法，就是用牛頓定律了。類似於地球和太陽，離黑洞越近，物體必須增加移動速度，以便讓離心力抵消黑洞巨大的吸引力。物體可以達到的最大速度是光速，那麼此時求出的距離便是能逃逸黑洞的最小距離，便可以當做是黑洞的半徑了。
牛頓第二定律求出的黑洞半徑
其實因為時空的扭曲，牛頓定律早已不成立了，黑洞也很難用通常意義上的球體半徑來描述。然而對於靜止黑洞，存在一個特別的位置，它的內外側時空具有非常奇異的性質，這個位置被叫做史瓦西半徑或視界（event horizon）。在視界內部，即便物體是以光速（理論上能達到最快的速度）向外逃逸，也是決決不可能逃出的。因此，把視界的位置作為黑洞的半徑是一個不錯的選擇。令人驚訝的是，用廣義相對論給出的黑洞半徑，僅是用牛頓定律求出的兩倍——數量級是一致的！
廣義相對論史瓦西度規所描述的視界半徑，和牛頓黑洞半徑只差了一個因子「2」。
為了讓大家對黑洞的大小有一個直觀的了解，我舉幾個慄子：
銀河系中心超級大黑洞，質量大約為太陽的460萬倍，半徑為1360萬千米（太陽半徑的20倍）
太陽質量的黑洞，半徑為3千米，也就兩三個商場那麼長
木星質量的黑洞，半徑2米8，還沒籃球籃板高
地球質量的黑洞，半徑9毫米，小拇指指甲蓋那麼寬
人質量的黑洞，半徑為10-25米，電子的100億分之一
可見，黑洞的密度是相當相當大的！
黑洞最讓理論物理學家著迷的特點，就是它奇異的時空性質了！以墨子和悟空為例：
當兩個人都離黑洞非常遠這個時候應該是和普通時空一致的，沒有什麼特別。
當悟空乘坐筋鬥雲離黑洞比較近的時候在墨子看來，悟空永遠跨不進視界。當悟空離視界很近的時候，墨子探測到悟空的速度將會越來越慢，悟空進入視界所花的時間將是無窮大！也就是說，外界無法窺探到黑洞內部的情況。
可是在悟空自己看來，他卻可以在有限時間內跨過視界進入黑洞。
悟空進入黑洞後在墨子看來，悟空還在外面努力往裡跑。
在悟空看來，時間和空間的角色發生了變化。在黑洞內部拿起手錶一看，他發現手錶指針有時走的快一點，有時慢一點，有時甚至還能倒回去。事實上，手錶沒有出現故障，時間真的是可逆了！正在他暗自竊喜可以長生不老之時，他發現自己再也不能自由穿行，曾經走過的路再也回不去了。朝著黑洞奇點（中心）前進成了他不可逆轉的未來。
進入黑洞的悟空感受到了巨大的潮汐力（頭和腳受到的引力不同），以至於可以瞬間將他撕碎。他默默閉上了眼睛，記起了廣義相對論老師上課講的話「測地線是將固有時最大化的路線……」。於是他放棄了掙扎，順從了黑洞對他的擺弄。這樣一來，他便可以努力讓自己活得久一點。
其實對靜止黑洞再剖析深入一些，科學家們發現黑洞的魅力遠不止如此。20世紀60年代，美國物理學家Martin Kruskal和匈牙利數學家George Szekeres分別獨立發現了一套坐標系統，揭示出了一個匪夷所思的黑洞世界。
Kruskal-Szekeres坐標系統，極大地拓展了人們對靜止黑洞的理解。圖片源自wikipedia。
圖中的縱坐標軸T是新定義的「時間」，橫坐標軸X是新定義的「距離」，物體所在的時間空間便可以用圖中的一個點來描述。這套新的坐標系統的優點是，物體只能從下往上運動，即從「時間」小的地方到「時間」大的地方，這樣一來我們就可以明確地知道「未來」在哪裡。首先來介紹一下圖中各部分所代表的含義：
第I部分：我們的世界。墨子便是在這一部分觀測悟空的運動情況。
第II部分：黑洞，時間的盡頭，只能進不能出。
第III部分：平行世界。由於被視界隔開，所以兩個世界無法探測到彼此。
第IV部分：白洞，黑洞的「對立面」，是時間的起點，只能出不能進。
兩條對角線：黑洞和白洞的視界線。悟空便是在試圖跨越這條線的時候，失去了和墨子的聯繫。
在經過前面幾節的介紹，大家已經對黑洞有所了解。但是平行世界和白洞到底是個什麼東東呢？
分隔黑洞和我們世界的視界，可以被稱作未來視界，因為在墨子（我們的世界）看來，悟空跨越這條線所對應的時間是正無窮大。同理，分隔白洞和我們世界的視界，叫做過去視界。如果我們想看到從白洞出來的東西，那麼時間得倒回到負無窮才可以。也就是說，我們永遠看不到有物體從白洞出來，我們一出生這些物體就已經存在於我們的世界了。
平行世界和我們的世界類似，只不過因為被視界隔開，所以我們無法收到它們的信號。這兩個世界可以被蟲洞連接，但蟲洞存在的時間太短以至於不可能通過。這個比較抽象，我們以後再談。
1.黑洞的密度巨大，以至於連光也無法逃脫；
2.靜止黑洞的奇點被視界包裹，外界無法探測到視界內部的情況；
3.在靜止黑洞內部，時間和空間的角色倒過來了，時間可逆、空間不可逆；
4.使用Kruskal-Szekeres坐標系研究靜止黑洞，可知白洞和平行世界的存在；
5.白洞的奇點也被視界包裹，外界無法探測到白洞內部的情況；
6.平行世界和我們的世界可以通過蟲洞連接。
後記描述時空結構的方程，叫做度規。史瓦西度規是最能全面描述球對稱系統的度規，因此它所描述的黑洞就叫做史瓦西黑洞。但史瓦西黑洞是靜止（不轉）且不帶電荷的，因此不太可能存在於真實世界。
另外，「白洞和平行世界」這一節所描寫的黑洞叫做永恆黑洞（eternal black hole），因為它從時間的起點一直存在到時間的盡頭。但真實的黑洞應該不是這樣的，畢竟我們的宇宙只有有限的年齡，去哪裡找一個具有無限年齡的黑洞呢？恆星死亡坍縮成的黑洞就更不可能了。因此，即便我們的宇宙中真的存在靜止黑洞，有沒有白洞和平行世界的結構還很難說。