本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
2014年，美國探索頻道拍攝了一部紀錄片《星際穿越中的科學》(The Science of Interstellar)，詳細講述了《星際穿越》的科學背景。作為《星際穿越》的科學顧問，基普·索恩為確保電影的科學性做出了巨大的貢獻。在電影上映後的第三年（2017年），基普·索恩帶領的LIGO團隊正式確認探測到了第一例引力波信號，當年的諾貝爾物理學獎也迅速地頒發給了基普·索恩和他的合作者。實際上，基普·索恩根據他在承擔《星際穿越》科學顧問時的工作，發表了兩篇關於電影中卡岡圖雅大黑洞（質量大約為1億倍太陽質量的超大質量黑洞）的科學論文。
在電影中，一些關於卡岡圖雅的特徵和圍繞它運轉的行星被有意誇大了。例如，由於強烈的引力作用，光線的紅移和藍移現象被放大到很極限的狀態。此外，宜居行星應該不會離卡岡圖雅很近，因為卡岡圖雅附近的時間膨脹效應太強了，這會影響到行星上的環境。不過，如果說這是基普·索恩和導演克里斯多福·諾蘭為了影片的視覺效果和故事效果所作出的妥協，那還是可以接受的。而且實際上，在卡岡圖雅附近的所有奇怪的物理效應，直到主角庫珀（Cooper）進入黑洞奇點前都是真實的，時間膨脹和大部分的黑洞視覺效果都是完全科學的。
現實中，黑洞的質量可能到達1億倍太陽質量嗎？這當然是可能的。我們所處在的銀河系中心就包含有一個質量大約為400萬倍太陽質量的大黑洞，並且根據目前的觀測結果，人們發現大多數星系中心都包含類似質量的黑洞。如果一個黑洞的質量到達百萬倍太陽質量的量級，我們一般把這類黑洞稱作「超大質量黑洞」。除了星系中心可能有這些超大質量黑洞外，宇宙中還存在著數十億倍太陽質量的黑洞，往往它們和非常危險的類星體有關。
黑洞可以具有任意大的質量，並且質量越大的黑洞，個頭越大。目前，NGC 1277 是目前已知的最大的超大質量黑洞之一，質量大約為數十億倍太陽質量。黑洞是很難可視化的，所以我們需要藉助一束光來體會黑洞的大小。光的速度為1,079,252,848 公裡每小時，而 NGC 1277 的黑洞直徑大約為 1036.42 億公裡，相當於 4 光天。人類有史以來最快的載人飛船是阿波羅 10 號，它的最高時速為 39,895.64 公裡每小時，如果阿波羅 10 號可以一直以最高時速飛行，那麼需要大約 296.5 年來飛過相當於 NGC 1277 黑洞直徑的距離。如果讓阿波羅 10 號沿著黑洞的事件視界飛行，那麼大約需要 931.5 年才能完成一圈。
哈勃太空望遠鏡拍攝的 NGC 1277。
電影中卡岡圖雅大黑洞的質量大約是太陽質量的 1 億倍，現實生活中，科學家發現了一個位於 Holm 15A 星系中央，質量大約為太陽質量 400 億倍太陽質量的超大質量黑洞。所以，類似卡岡圖雅的黑洞是完全可能存在的。
在物理上，黑洞被認為是一個由強引力主導的、極度扭曲的時空區域，並且在這個區域內任何實物粒子、電磁輻射都無法逃脫引力的束縛。廣義相對論預言極端緻密的質量可以塑造時空而產生黑洞，黑洞的邊界被稱作事件視界，一旦進入這個邊界，任何事物都將無法逃脫，哪怕是光子也毫無辦法。
雖然事件視界會影響落入其中的物體和事件視界內的環境，但是以目前的物理認識，我們無法探測事件視界的局域特徵。黑洞在許多方面都和一個理想黑體是想相似，例如它不反射光。此外，彎曲時空中的量子場論預言事件視界會以黑體譜的形式發射霍金輻射，霍金輻射譜的溫度和黑洞的質量成反比。對於一個恆星級質量的黑洞來說，霍金輻射譜的溫度大約是 10 億分之一開爾文，這個溫度實在是太小了，導致我們幾乎無法（利用電磁直接）觀測到它們。
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學名詞
3. 琪琪的粥-quora
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處