我是黑洞，今年諾獎與我有關，一口氣告訴你我前世今生的秘密

我是黑洞，今年你們地球上的諾貝爾物理學獎都頒給了與我有關的成就。能獲得如此殊榮，我究竟有何神奇的魅力和奧妙？估計你已經按耐不住的想知道真相了，這刻，我必須站出來，給你說說我前世今生的秘密。

一開始，我並不叫黑洞，他們叫我「暗星」。本來在宇宙中，我躲藏得好好的，從來就沒有人知道我的存在，都怪這兩個人—牛頓和愛因斯坦。是牛頓用引力定律和愛因斯坦的廣義相對論把我扯出來的。

牛頓的萬有引力定律說：自然界中,任何兩個物體之間都會存在著相互吸引力。所以地球也會把在它周圍的物體吸引住，你要想逃離它並不容易。就像當我們向天空扔一個石塊時，石塊向上的速度會變得越來越慢，最後會被地球吸引而降落回來。可是我們發現，向上扔石塊的力越大，速度就越大，石塊也會被拋得越高。那麼，有沒有一個速度快到讓石塊脫離地球的引力而飛離地球呢？

還真有，這個能讓物體脫離地球引力而飛離地球的初始速度，就叫做「逃逸速度」。經科學家們計算得出，地球的逃逸速度是 11千米/秒 ，太陽的逃逸速度是617千米/秒。你的速度達到11千米/秒，你就可以逃離地球了。

既然，有一個速度能讓物體離開一個星體，那麼有沒有一個引力大到讓所有的物體都離不開它呢？

從牛頓的引力定律得知，物體之間的引力與質量成正比，質量越大的物體引力越大。在1783年，英國的自然哲學家米歇爾，經過計算得出，逃逸速度不僅與物體的質量有關，還與它的周長有關。對於質量一定的星體來說，它的周長越小引力越大，逃逸的速度也就越大。

而當時牛頓認為，光是一顆顆的微小粒子，所以星體對光也同樣有引力。通過牛頓引力定律和光是微粒的說法，米歇爾推論出：存在一個星體的臨界周長，引力大到連光都逃不出去。我們知道光的速度是最快的，連光都逃不出這個地方，那沒有任何東西可以逃離它了。

這個連光都逃不出來的星體的臨界周長，當然我們也是沒法看到它的，所以當時被稱之為「暗星」，這就是我最初的來歷。

後來託馬斯.楊通過雙縫幹涉實驗和麥克斯韋的電磁理論得出，光是一種波，並不是牛頓所說的光是一種微粒。當時人們還不知道光具有波粒二象性。既然光不是一種微粒，那光被星體吸引的說法就沒有道理了，所以我這個「暗星」剛剛被揪出來，卻又被打進了冷宮，被涼涼了。

到了1915年，愛因斯坦的廣義相對論說，引力其實是有質量的物體對時空的彎曲引起的，當大質量的物體對周圍時空造成彎曲時，附近小質量的物體就沿著測地線跌落到這個時空彎曲的「坑裡」。這樣看來就像是兩個物體之間在相互吸引，也就是說「物體告訴時空如何彎曲，時空告訴物體如何運動」。

當時，有一個愛因斯坦的鐵忠粉，叫做史瓦西。他很熱衷研究廣義相對論，甚至在戰地上都不會停下來。經過他的折騰，他認為廣義相對論有一個解，就是大質量星體在彎曲時空時，不僅空間是彎曲的，時間也會變慢，越靠近星體的地方，空間曲率就越大，空間曲率越大時間就越慢。比如在太陽表面，時間流會比遠離太陽的地方慢百萬分之二，1年也會慢64秒。

史瓦西

時間變慢的結果是，從星體發出的光會經歷引力紅移。因為光的振蕩頻率是由光發射的時間流決定的，時間越慢光的頻率也就變得越慢，而我們知道，光的頻率越慢它的波長就越長。在可見光中，波長從大到小的排列是，紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫；紅色之外是波長越來越大的紅外線、微波和無線電波；紫色之外波長越來越短的是紫外線、X射線、伽馬射線。

當光受到的引力越大時，波長就被拉得越大，在可見光中，波長越大顏色就是越偏向紅色端，這個過程就叫做引力紅移。

史瓦西從愛因斯坦的場方程中得出結論：每個星體都存在一個依賴於星體質量的臨界周長，在這個星體的臨界周長內，任何東西進去都逃不出來，從星體的臨界周長內發出的光，不論開始是什麼顏色，它一定會移向光譜的紅端，最後超越紅外線，超越無線電波的波長，一直到無限大。

波長無限大的結果是消耗了所有的光能，因此，光也不復存在了。這個臨界周長後來稱做史瓦西奇點（這個奇點與後來說的黑洞奇點不是一個意思）。

對於在外面的人來說，臨界周長裡什麼都沒法看得見，完全是黑的。因此，這個臨界周長也叫「地平線」或是「事件視界」。1967年，有個叫惠勒的人，重新給我起了個個名字，叫做黑洞，從此，大家就都叫我黑洞了。

惠勒

到此，你們對我的存在還只是一種預言，相信你還是很好奇：我是不是真的在宇宙中存在，到底我是如何誕生的？

我的誕生，是從一顆大質量的恆星開始的，恆星到了垂暮之年，它自身的燃料已經燒盡，這時本來對抗引力的所有內部壓力都扛不住了，最後被引力壓縮成了一個黑洞，也就是我現在的樣子。

當然，這個出生的過程，是非常複雜的。當恆星的燃料燒盡後，雖然已經沒有了各種熱輻射來對抗引力，但是恆星的中心還留下一個由原子組成的緻密的核。原子的電子和電子之間有一個排斥力，也叫做電子簡併壓。也就是泡利不相容原理中說的，原子中任意兩個電子不可能處於完全相同的量子態。

當電子被壓迫擠在一個很小的空間時，就像我們擠電梯一樣，誰都想擁有一個最大的空間，所以當很擠時就自動產生一個對外的對抗壓強，再往裡擠就很難了。

這時恆星自身產生的引力如果沒法突破電子簡併壓力，那就會被擠壓成一個非常緻密的，還能發出白光的白矮星。對抗引力的電子簡併壓有一個極限，當白矮星的質量大於1.4個太陽質量時，電子簡併壓就扛不住了，還會繼續被自身的引力往裡擠壓，這個極限也叫做錢德拉塞卡極限。

白矮星

突破錢德拉塞卡極限的白矮星，在巨大引力的壓縮下，裡面熱輻射也超大，最終引爆了星體，形成一起超大的爆炸，這個爆炸讓星體發出比太陽還亮上百萬倍的光，你們稱之為「超新星爆發」。

超新星爆發示意圖

超新星爆發後，恆星並沒有完全解體，還留下一個更加緻密的由原子核組成的星體。我們知道，原子核是由中子和質子組成的，這時的核力也抵抗不了白矮星巨大的引力，引力把電子壓縮到原子核的質子裡，變成了中子。這時，恆星變成了只有中子的一個緻密的核，我們稱之為「中子星」。

脈衝星高度磁化旋轉的中子星

中子星的中子之間，還有類似電子簡併壓的中子簡併壓，它們這時就是對抗自身引力的最後一道防線。對抗引力的中子簡併壓也有一個極限，當中子星的質量大於2個太陽質量時，中子簡併壓也扛不住了，這時恆星最後的命運就是，壓縮形成了一個引力超大的無限緻密的黑洞。我就是這樣誕生了。

形成我的恆星，如果是旋轉的，那我也一樣是旋轉的。但是，不管恆星是方的，圓的，不規則的，在形成我之後，只留下質量、角動量（轉動快慢的精確度）和電荷，其他的所有特徵都沒有了，所以你們說我是「無毛」的。

黑洞示意圖

我的胃口特別大，不管是任何物質、能量和信息，只要到了我嘴裡，就別想再出去了，吃得再多我都不會感覺飽，至多就是我們肚子（視界）漲大了一點。

對於我的視界之外的你們，是無法看到我的，在我的中心，有一個質量無限緻密、體積無限小，引力無限大的奇點。你們感受到的只是我的引力。

那麼，你們是如何發現我的呢？這隻怪我太拉風了，我在旋轉的過程中，會形成一個「吸積盤」，所有的星體、氣體什麼的，落入我的吸積盤，都會因為相互摩擦而產生巨大的熱能和光。因為旋轉產生巨大的旋轉能，我會在兩端噴射出兩股巨大的噴流柱，噴流柱中還包括各種電磁輻射，繞著噴流柱轉的電子還發出了各種宇宙射電波。

你們能捕捉到我身影的主要是，靠我發射出去的X射線、無線電波、引力波和中微子。

在銀河系中，估計就得有上百萬個黑洞。1964年，你們人類通過X射線，第一次發現了我們黑洞家族中的天鵝X-1，它距離地球有14000光年。而2019年4月10日，你們拍到我的家族中位於M87中心的超巨大黑洞的照片，這是人類史上第一張直接對我們黑洞觀測的天文影像。

北京時間2019年4月10日晚21點，人類史上首張黑洞照片面世

如果你不慎跌入我的懷抱裡，這裡可不是什麼「溫柔之鄉「。我的潮汐引力會把你撕成絲，直到粉碎。當然啦，如果我足夠大，對於你來說潮汐引力就變得更小，這樣你就沒那麼快被撕碎，從視界到我的奇點之間，你還能舒服一陣子。因為時空的曲率趨於無限大，所以我的時間流也趨於無限的慢，從外面的人看來，你到達我視界附近時，似乎永遠的定格在我的懷裡。

在宇宙中，我將來的命運如何？這恐怕是你們最關心的問題。在1974年，物理學家霍金就說了，我最終會通過輻射的形式，從量子隧道中蒸發出去，但是這個過程非常的緩慢。

如果我的質量是太陽的兩倍，那麼我的壽命將是1.2*10^67年，這與宇宙年齡大約1.38*10^10年相比，遠遠大於宇宙的年齡。假如我真的可以蒸發掉，對於你們來說，我可以說也是永恆的。

你們也無從真正的得知我裡面的秘密，因為，你進入我的懷抱，哪怕沒有被撕碎，你知道我內部更多的信息，可是你也沒法回去告訴他們。所以對於人類來說，我永遠將像迷一般的存在......

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