白话黑洞

近几年，黑洞这个名词频频出现在各种媒体上，但是，关于黑洞的介绍往往都涉及许多专业术语，让人看了似懂非懂，一头雾水。本文尝试用通俗易懂的大白话，说一说黑洞的前世今生。黑洞是啥？

要问黑洞是啥？简单通俗地回答：黑洞是宇宙中的一种天体。

黑洞离我们很遥远，它又天生具有隐身能力，所以谁也没见过它的真面目。但是，有几位了不起的科学家，硬是通过想像推理，运用数学推论，准确地预言了黑洞的存在。

最早预言黑洞的是英国的自然哲学家约翰·米歇尔，他认为一个天体只要是质量足够大，那么光是无法逃脱的。他说的不就是黑洞吗？

1915年，爱因斯坦通过广义相对论预言了黑洞的存在。

1916年，德国物理学家卡尔·史瓦西根据广义相对论建立了描述黑洞的数学公式，并且进一步指出，如果有一种

天体质量无限大、空间无限小，就具有非常大的引力场，以至于任何物质都无法逃脱，甚至连光粒子都不例外。

有一个人认为他的理论很荒谬，就开玩笑地说：“你说的是个黑洞吧！”后来，黑洞这个词就真的成了这种天体的正式命名。

黑洞是怎么形成的？

要问黑洞是怎么形成的？直接了当的回答是：黑洞是超大质量恒星坍缩后形成的。

一个超大质量的恒星到达一定年限，开始加速膨胀了，当它把自身的能量耗尽后，核心在自身作用下迅速收缩、塌陷，简称坍缩。这种坍缩持续进行下去，最后形成密度极高、质量极大的物质。密度高、质量大，于是就具有极大的引力，使得任何靠近它的物质都会被吸进去，包括光。这就是黑洞的形成过程。

举个大家比较熟悉的例子，刘慈欣 的科幻作品《流浪地球》描写的就是太阳从膨胀到坍缩的过程。如果把太阳比作人类，它也有一个从幼年到青年，再到壮年，然后到老年，这样一个过程。当太阳进入老年时，体积开始膨胀，就变成红巨星;膨胀到顶点后开始坍缩，变成白矮星;最后坍缩的过程结束，成为黑矮星。太阳为什么没有变成黑洞呢？那是因为它还不够级，也就是说，太阳的个头不够大，质量不够大。据科学家推算，至少要超过8个太阳质量的恒星才有可能变成黑洞。看，黑洞是一种很牛的天体。

黑洞长得什么样？

由于黑洞不发光，难以直接观测到它的样子，科学家只能通过各种间接的方式探测黑洞。他们主要是根据黑洞的巨大引力对周围天体产生的影响，来确定黑洞的存在，另外是观察黑洞的吸积盘来分析黑洞。所谓吸积盘，就是在被黑洞吞吃前，在黑洞边缘沉积，并且围绕着黑洞旋转的物质。

人们是不可能观测到物质被吸入黑洞的过程的，只能看到黑洞边沿的吸积盘。吸积盘就是黑洞外围物质高速运动所产生的高能辐射。第一张黑洞照片

2019年4月10日，“事件视界望远镜”项目代表向全世界公布了人类史上首张黑洞照片。这个代号M87星系中的黑洞距我们地球5500万光年，这是一个让人难以想像的遥远的距离。一般的天文望远镜是根本看不到的，就是大名鼎鼎的哈勃望远镜的分辨率也得再提高1000倍才能达到要求。但是脑洞大开的天文学家们想出了一个好办法，他们动用了分布在全球的8个天文台的射电望远镜，组成了一个虚拟的、口径接近地球直径的望远镜。这座望远镜阵列，称为“事件视界望远镜”。什么是事件视界望远镜？

想知道什么是事件视界望远镜，先得弄清楚什么是事件视界。简单明晰的回答：一个事件刚好能观察到的那个时空界面为事件视界。掰开了说，就是黑洞里的事件人们是观察不到的，黑洞外面的事件人们是可以观察到的。可观察到的事件与不可观察到的事件之间的边界，就是事件视界。事件视界望远镜当然就是用来观察事件视界的望远镜了。

这张具有历史意义的照片，拍的是椭圆星系M87中心的超大质量黑洞。这个黑洞质量高达太阳的65亿倍。黑洞吞噬一切，包括光线，怎么给它拍照呢？办法是有的，我们拍不到黑洞里面的物质，但是可以拍黑洞的视界以及黑洞视界外围的吸积盘。吸积盘围绕着黑洞高速旋转，这些物质相互摩擦发出炽热的光、电波和射线。这些都是可以捕捉到的。所以说，这张照片拍摄到的不是黑洞本身，而是利用黑洞边界上的物质发射出的辐射波勾勒出来的黑洞轮廓。

事件视界望远镜项目是一个大规模的国际合作科研项目。它是由位于智利、西班牙、美国、墨西哥、格陵兰岛、南极和夏威夷等地天文台的8个天文望远镜构建成一个口径等同于地球直径的望远镜，用这个望远镜阵列同时、同相位地观测黑洞，给黑洞拍照。同时是保证拍摄时间绝对一致，同相位是指接收到的频率信号一致。

全球多个国家和地區的200多位科研人员共同合作，经过多年的努力，终于成功拍摄出第一张黑洞照片。以前的黑洞图片都是通过想像、推测设计出来的，这次事件视界望远镜项目发布的第一张黑洞照片是人类第一次捕捉到的黑洞的真实影像。这张照片揭开了黑洞的面纱，让我们看到了它的真面目。这张照片证明黑洞的真实存在，验证了100多年前爱因斯坦关于黑洞的预言是正确的，使人类对黑洞的研究向前迈进了一大步，也为全球合作进行重大科研项目提供了又一成功的范例。接下来，科学

家将会拍摄更多的黑洞照片，对黑洞进行更深入的研究。

黑洞的预言被证实了，人类探索宇宙奥秘的脚步不会停止，有人预言宇宙中还有白洞。白洞是与黑洞相反的宇宙天体，它也具有强大的引力场，任何物质都无法进去，包括光。科学家进一步设想当黑洞和白洞连接起来是否会形成虫洞，所谓虫洞就是时间隧道。

宇宙太博大了，科学太有趣了，科学探索是永无止境的。