今天我們聊聊宇宙中最神秘的天體，黑洞。
黑洞這個詞我第1次見到是在8歲的時候，有一天我媽給我買了一套帶有硬紙殼包裝的書，是中國少兒出版社出版發行的1980年版的十萬個為什麼，屬於中國出版史上的著名出版物，裡面每一段文字都是當時中科院的院士們寫的。拿到這本書以後我第1本翻開的就是天文，於是那個寧靜溫暖的夏天，懵懂的我與黑洞這個名字第1次邂逅。
黑洞
黑洞是現代廣義相對論中存在與宇宙空間中一種天體，時空展現出引力的加速度極端強大，以至於使得視界內的逃逸速度大於光速，是一個任何粒子或電磁輻射，包括光都無法逃離的區域，或者說是天體。
黑洞的命名
早在1784年11月，時任劍橋學監的約翰·米歇爾給物理學家卡文迪什寫了一封信，信中就提出過有巨大到連光都無法逃逸的天體。但是他當時用的是dark star（黑暗之星）這個詞來形容，在20世紀初期的物理學家使用的詞是引力坍塌的物體，來形容黑洞。
美國物理學家羅伯特·亨利·迪克在1960年以一個惡名昭著的監獄來比喻這種天體，這座監獄被稱為加爾各答黑洞，黑洞這個詞正式新鮮出爐。隨後生活雜誌和科學新聞雜誌在1963年的出版品中使用了黑洞這個名詞。
而這個詞真正的發揚光大是在物理學家
約翰·惠勒，在1967年12月的講座上，有一位學生再一次地提出了黑洞這個名字，當時惠勒，覺得黑洞這個詞簡潔並具有廣告價值，於是予以採用併成為了術語。使得黑洞這個詞迅速地被推廣，也因此有人誤認為是惠勒提出了黑洞這個名字。
黑洞的誕生過程
大部分的恆星內部聚集著大量的氫原子，
核聚變將氫原子變成了氦原子，並釋放出了極大的能量。正是這種能量以熱壓輻射的形式存在，來對抗著巨大的引力，這兩股力量之間剛好維持著一個平衡，支撐著恆星不會坍縮，因此只要核心持續的核聚變，恆星就能夠維持足夠的穩定度。
而當核心的燃料耗盡，恆星就會因為冷卻而內部壓力下降，進而導致在引力的作用下坍縮，而對於那些比太陽的質量大很多的恆星，核心內的熱能和壓力可以使他們合成更重的元素，最終可能合成鐵原子。
當鐵核在大質量的恆星中央累積到一定程度後，輻射能與重力之間的平衡就瓦解了，出現了鐵核坍縮。就在幾千分之一秒內，恆星產生自爆，並以十分之一的光速移動，這個過程就是恆星的死亡過程，即超新星爆發。
超新星爆發後引力坍縮形成了一個接近史瓦西半徑的球體，但原子核的排列還在，原子的結構也沒有被破壞，但電子都被擠壓到了原子核裡，質子和電子被擠到一起就成為了中子，然後整個坍塌結構停止，這個狀態也就是中子星。
那這個中子星還會繼續在引力的作用下坍縮，當縮小到史瓦西半徑以內的時候，原子的結構就會徹底破壞，此時已經沒有什麼力量可以與引力進行抗衡，所有的物質都會向著中心點瘋狂的移動，最終形成這個體積無限小且密度無限大的天體——黑洞。
黑洞的另一種形成過程
引力坍塌並不是唯一能形成黑洞的過程，黑洞理論上可以在達到足夠密度的高能碰撞中形成，但是黑洞的質量必然有一個下限，從理論上預期，這個邊界應該在普朗克質量附近，但是量子引力的發展表明普朗克質量可能非常低，這可能將使微型黑洞在宇宙射線撞擊大氣層時發生的高能碰撞中產生，或者有可能在CERN（歐洲核子研究組織）的大型強子對撞機中產生。
有很多人擔心撞出黑洞地球是不是就沒了，其實不會，即使可以形成微型黑洞，科學家們預計也會在大約10的-25次方秒內蒸發，不會對地球造成任何威脅。
黑洞的“黑”與“洞”
如果你正在看著黑洞，你看到的是他的事件視界，正如廣義相對論所預測的，質量的存在使時空變形，使粒子的路徑朝向質量彎曲在黑洞的事件視界，這種變形強烈到沒有任何的路徑是遠離黑洞的，任何東西想要通過這個事件視界，逃逸速度都必須超過光速。愛因斯坦的相對論指出，在任何慣性座標中，物質的速率都不可能超越真空中的光速。所以你看到的只是一個不會反射任何光的黑暗球面，這就是黑洞，黑的部分。
而在史瓦西半徑以下的天體的任何物質，也就是所有進入到事件視界範圍內的一切物質都塌陷成一個質量無限大，密度無限大，面積無限小的一個點，也就是引力奇點。在奇點處，我們目前認知的空間、時間和物理定律都不再適用，根據廣義相對論所描述。奇點是一個時空曲率變得無限的區域，就像是一個永遠飢餓吞噬一切的洞一樣，這就是黑洞，洞的部分。
黑洞怎樣被發現
黑洞既然不能被看見，科學家們是怎麼發現的？科學家們通過觀察和研究黑洞周圍的現象發現，黑洞的周圍遍佈著氣體和灰塵形成的顆粒，這些顆粒以大約1/10光速圍繞著黑洞進行高速旋轉。
如此高速的運動會導致
持續不斷的爆發輻射，併產生出超高的亮度，我們稱之為吸積盤。而越接近黑洞的事件視界，速度就會越快。黑洞所必須承受的越多，它的事件視界的範圍就會越大，在其周圍形成的吸積盤就會越大越亮。
因此最大最亮的吸積盤中，被認為有著超大質量的黑洞，這種大質量的黑洞幾乎存在於每一個超大星系的中心區域，比如我們的銀河系，德國天文學家們曾於2008年證實，在銀河系的中心
與地球相距約2.6萬光年的人馬座a，就是一個超大質量的黑洞，其質量約為400億倍的太陽質量。
另外黑洞並不是像吸塵器一樣把周圍的物質都吸到事件視界內，當物質靠近黑洞邊緣的時候，物質周圍的時空被扭曲成了曲率無限大，等於說物質所在的範圍也成了事件視界，相當於
黑洞的事件視界擴大將物質吞噬進去。
舉個例子，我們把太陽換成一個同質量的黑洞，根據剛才我們所講到史瓦西半徑，這個黑洞的直徑大概是在6千米左右。但是此時太陽系的行星並不會被太陽吸進，而是依然會圍繞著太陽的黑洞公轉，當然人類會被凍死。
讓霍金打賭輸了的黑洞
在上個世紀60年代的時候，美國為登月做準備，發射了一系列探空火箭進行觀測。在1964年的一次火箭彈道飛行時，發現了這個奇怪的天體，發現它是從地球觀測到的最強的x射線源之一，正是天鵝座X-1。
天鵝座X-1距離地球大約6070光年，其質量大約是太陽的14.8倍，它的事件視界半徑約為26公里，後來確定天鵝座X-1，這是一個黑洞，也是人類發現的第1個黑洞。天鵝座X-1還曾經是物理學家史蒂芬·霍金和基普·索恩的打賭的主角，霍金賭這個空間裡並沒有黑洞存在。
霍金後來解釋這是一個“保險措施”，在時間簡史裡霍金寫到：
而根據時間簡史的10週年更新版本，霍金已經承認輸了打賭，因為之後的觀測數據支持黑洞理論。打賭雖然輸了，卻奠定了黑洞理論的基礎，奠定了霍金的偉大。
宇宙最大黑洞
芬蘭科學家發現了一個巨大的雙黑洞系統，它距離地球35億光年，經過研究發現這是人類觀測到的宇宙中最大的黑洞，這個超大的黑洞名為SDSS J140821.67+025733.2，這個黑洞是之前天文學所記錄最大黑洞三倍左右，它的質量約為太陽的1961倍，相當於一個小型的星系，形成於OJ287類星體的中心位置。
OJ287類星體包含著兩個黑洞，除此之外還有一個質量略小的黑洞，這個較小的黑洞質量大約是太陽的一億倍，通過對這個巨大黑洞旁小型黑洞的觀測，天文學家用較強的重力場作用現象，證實了愛因斯坦的相對論，預計在未來1萬年裡這兩個黑洞將發生合併。
黑洞的宿命
1974年，霍金預言黑洞會輻射出少量的熱輻射，這種效應被稱為霍金輻射，如果霍金的理論是正確的，那麼黑洞會因為光子和其他的粒子發射而損失質量，也就是說會隨著時間的流逝而收縮和蒸發。
大型的黑洞來講，其霍金輻射的蒸發速度遠遠低於其吸收能量的速度，因此就目前的時間尺度範圍來看，遍佈宇宙中的黑洞，在未來幾十億年間依然會以一定的速度增長，而只有當宇宙微波背景的溫度降到黑洞的溫度之下，一個太陽質量的黑洞大約會在10年內蒸發，而質量為太陽1000億倍的超大質量黑洞將會在大約2×10的100次方年內蒸發掉。這個數字，已經遠遠大於目前人類可觀測宇宙本身的年齡。
黑洞是宇宙中最神秘的天體，與黑洞相關的有趣事情，還有太多太多，我們會在今後陸續和大家聊到，今天就到這，如果你在我的文章中有所收穫，請關注點贊和轉發，下期再見。
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