黑洞,黑洞里究竟是个什么世界

1、黑洞，黑洞里究竟是个什么世界？

黑洞不止一种，准确的说有四种，如果单纯的从相对论出发，穿越时空的可能性并没有被禁止，比如题目中所谓的轮回（我理解为可以回到过去），但由此将会带来一些难缠的麻烦，使得科学家们又提出一些相应的假设去阻止穿越时空的存在。

实际上这个问题，如果只是为了科普，那么上面的一段话就足够了，再多言也是废话，因为再解释的话，将不可避免的出现多种学术名词，而为了解释这些名词，很显然一篇问答是不够的，甚至于一篇文章都无法讲清楚（这是对于基础为零的读者朋友而言，但做科普不就是面向基础基本为零的读者吗）

为此我将以概括性的语句来解释这个问题：

在黑洞方面，有一条所谓的无毛定理，说的是无毛只能知道黑洞的三条信息，分别是：质量、电荷、角动量。

因此绝大部分科普文章能够略深入解释的都是史瓦西黑洞，因为它是黑洞中最简单的一种（指包含质量，而不关其余两种性质），因为以它为黑洞代表来科普是非常恰当的。

但也因为这样，使得黑洞的性质在大众看来显的非常单一，无非是光子无非逃逸、引力超强，能吸入任意量的物质，或者更加深入一些，可以谈到霍金辐射，告诉我们黑洞也是有寿命的。

但实际上，这个问题远不止这么简单，我们常说的穿越时空实际上就与此有关，如果在史瓦西时空的最大延拓的环境下，会出现两个宇宙、一个黑洞一个白洞，甚至于还能用一个虫洞来连接两个宇宙，但遗憾的是，物质信息没法在这种虫洞穿越，因此这种虫洞没法完成我们想要的时空穿越任务。

所以说在史瓦西黑洞内部，不存在什么另一个宇宙、穿越时空之类的可能性。

但史瓦西黑洞毕竟过于理想，一般而言，宇宙中的黑洞都是具备角动量的，这一点很容易理解，毕竟从大恒星演化为黑洞这个过程来看，角动量能够残留是很合理的事情。

而一旦涉及到黑洞无毛定理中的其余两根毛，黑洞内部就变的精彩起来了，至于到底是怎样的，这就不多言了，只从能否穿越时空的方面来说，比如旋转黑洞，将会有两个视界的出现，而物质在进入内视界后，有机会能穿越到另一个宇宙时空，然而在这个过程中会出现破坏时空因果性的麻烦，因此科学家们就提出了“宇宙监督假设”，禁止了穿越时空的可能性。

然而这并没有完全禁止虫洞存在的可能性，如果不以真空为基础，理论上可以存在一个被负能量物质撑开的虫洞，而这样的虫洞甚至允许闭合类时曲线的存在，也就是说我们可以利用它回到过去，好比于“我们可以回到出发前”。

但这样的事情似乎打破了我们固守的因果律，虽然也有学者提出了相应的缓解办法，不过霍金却提出了时序保护性猜想，认为这样的事情不被自然定律允许存在，时间机器是不会存在的。

2、到底黑洞是什么？

在宇宙中有很多神秘的现象，科学家们也一直想要去找到答案，虽然人类现在看似科学技术非常发达，但其实对宇宙来说还是不值一提的。

说到宇宙中最神秘的，很多人脑子里应该都是黑洞的景象。之前，人类只知道宇宙中存在着行星、恒星、星系，而关于黑洞是什么，人类是不知道的，自从在宇宙中发现黑洞的存在，人类就特别感兴趣，当我们了解黑洞之后，就感觉黑洞是神秘而又吸引人的。

黑洞之所以被称之为黑洞主要是由于它是一种完全不反射光线的黑体，总的来说黑洞其实就是指外宇宙空间内存在的一种天体，并且其密度无限大、温度无限高、时空曲率也无限，最重要的是黑洞里面还有着强大的吸力，据说任何靠近它的东西都会被席卷吞噬掉，无论恒星行星或是其他天外物质，乃至是光都难逃它的吸力。

据科学家们统计黑洞总共占据了宇宙总质量的90%，可以说黑洞在宇宙中是非常普遍的存在，不过我们人类用肉眼却根本无法直接观测到黑洞的存在，只能通过现有的天文物理学手段侧面计算和监测。

按理说任何东西吸收其他物质都应该会壮大自身的体积，但是根据科学家们的观察，黑洞就不是这样的，再加上我们对黑洞的了解少之又少，于是黑洞就成了一个神秘的存在。

最早，黑洞是在广义相对论中出现的，那个时候也没人相信黑洞是真实存在的，之后随着宇宙中的黑洞逐渐被发现，黑洞才被证明是真实存在的。

在18世纪末，是最先提出“黑洞”这个概念的时候，但在当时名字并不是“黑洞”而是称为“暗星”，它的由来是由英国物理学家约翰·米歇尔和法国数学家拉普拉斯提出，他们称在宇宙中存在着一种引力强到连光也无法从其周围逃脱掉的天体。

随后在1915年爱因斯坦发表广义相对论，还有德国天文学家卡尔·史瓦西在广义相对论中的引力场方程基础上推算出，如果一个质量一定的球形天体坍缩到特定范围以内，其引力场之强将使包括光线在内的任何东西都无法从其中逃逸，这个特定范围就是史瓦西半径，但是在当时许多的科学家们并不认为在我们真实的世界会存在小于史瓦西半径的天体。

接着在1967年普林斯顿大学物理系教授约翰·惠勒将这类“引力完全塌缩天体”又被命名为“黑洞”。紧接着在1964年我们人类发现了蓝超巨星天鹅座X-1，并且根据其运行轨道推算出它有一颗看不见的伴星，但当时对于这一类质量极大却看不见的天体到底是不是黑洞存在着非常大的争议。

到了上世纪90年代天文学家们测出天鹅座X-1中不可见伴星的质量达到太阳质量的14.8倍，除了黑洞，根本无法解释质量如此之大的不可见天体的存在。

直到在2019年4月10日全球科学家合作的“事件视界望远镜”项目发布首张黑洞照片，才证实了黑洞的存在，但在实际上黑洞根本是“看”不见的，EHT观测到的只是黑洞周围发光的星际物质，即吸积盘或喷流。

简单来说，黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽死亡后，发生引力坍缩所形成的。

众所周知，恒星在最初只含有氢元素，而由于其内部氢原子每时每刻都会发生裂变、聚变，再加上恒星的质量又很大，内部发生裂变与聚变的过程中产生的能量足够与恒星的万有引力相抗衡，以维持恒星结构的稳定，而且由于发生裂变与聚变，氢原子内部结构也会发生改变，破裂并组成其他新的元素，直至铁元素的生成，之后恒星就会坍塌，由于铁元素比较稳定并不能够参与裂变或聚变只能存在于恒星内部，这导致恒星内部不具有足够大的能量可以和大质量恒星的万有引力抗衡，从而引发了恒星坍塌，最终形成黑洞。

当一颗恒星逐渐衰老时，热核反应也就会随之耗尽中心燃料，再加上其中心产生的能量少，这就导致没有足够的力量来承担外壳的质量，于是在外壳的压力下，核心便会开始坍缩，直到最后形成体积无限小、密度无限大的一种星体，而且当其半径一旦收缩到小于史瓦西半径的时候，“黑洞”也就由此诞生了。

总而言之，黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体，因此黑洞是宇宙中最迷人的天体之一，但同时也是最难以捉摸的。

其实黑洞并不能直接给人类带来什么，但如果我们人类不去发现它，不去研究它，那么人类肯定不会掌握到更高级的物理学，进而去实现时间旅行，可以说每发现一个领域其实也是在扩宽我们的认知，比如我们人类已经从微小的原子研究到了广袤的宇宙。

而且物理学家沉迷于黑洞，主要也是因为在研究黑洞的过程中，可以实现一个伟大的构想——广义相对论与量子力学结合的可能性。

3、一个超大质量的星球还是一个吞噬一切的洞？

黑洞既不是一个超大质量的星球，也不是一个洞。根据广义相对论，黑洞是一种特殊的时空区域，特殊到可以把光束缚住。

说到黑洞，就要从恒星说起。目前理论认为，恒星级黑洞（质量为太阳几倍至几十倍）的前身是大质量恒星。当这些恒星无法维持核聚变反应之后，由于没有足够强的向外辐射压支撑，巨大的自身重力将会强烈压缩核心区域，即便是物质自身的结构也无法阻挡这种引力坍缩。最终，物质结构被完全破坏，它们都会坍缩到无穷小的奇点之中。

由于奇点的极端引力作用，奇点周围一定范围之内的空间被极度扭曲，导致光无法从这种扭曲空间中逃逸出来，这样的时空区域就是黑洞。可想而知，黑洞的表面逃逸速度为光速。天文学家把黑洞表面称之为事件视界，因为一旦跨过这个界限，处在黑洞之外的观察者将无法知晓其中的一切。需要强调的是，黑洞没有实体表面，它的结构是极度扭曲的空间包围一个中心奇点。

由于黑洞的极端引力场，物质和光被吸收之后无法逃逸出来，这使得黑洞无法像恒星那样被直接观测到。那么，天文学家又是如何找到黑洞的呢？

目前寻找黑洞的方法都是依赖于间接的方法。在某些双星系统中，质量超过太阳20倍的恒星会率先走向毁灭，最终演化成黑洞。如果能够观测到恒星在绕着一个不可见的致密天体旋转，并且还能观测到相应的电磁辐射，就能推断出黑洞的存在，第一被认定为黑洞的天体——天鹅座X-1，就是这么被发现的。

不过，近年来投入使用的事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）可以对黑洞的轮廓进行直接观测。根据最近的消息，事件视界望远镜可能已经首次拍摄到了超大质量黑洞的事件视界，下周将会公布观测结果。如果结果就像预期那样，这将是现代天文学的又一里程碑。

4、黑洞到底有多黑？

黑洞到底有多黑？完全可以说它比黑还黑。

我们平时所见的黑色的事物，其实还都是有其光线可以被我们看到的，比如黑色的东西，实际上它们还都是可以反射一些光线可以目睹的，再如在伸手不见五指的黑夜里，没有星光和月光，也没有灯光，可以说是足够黑了，然而其实自然界中有很多的东西可以发出红外光乃至x光等光线，也有不少东西可以发出可见光，所以在黑夜里适应一会儿，我们的眼睛还是可以感知一些物体。

我们所能感受到的最黑的情景莫过于关在一个没有灯光并且没有任何光线进来的房间里，没有比这更黑的情景了吧！然而即使我们什么也看不到，实际上却还有房间内外的物体以我们自身热量发出的红外光，有些可以感知红外光的动物也是可以看到房间里面的物体的。

但是黑洞就不一样了，它黑到让我们看不到任何事物，不可能会发出红外光，x射线或者伽马射线，所有的电磁波在它附近都是会被它的强大引力场吸收到里面的，因此可以说它黑到让我们无法感知关于它的任何电磁波光线，比我们所知晓的“黑”都黑。

也许有的朋友会说，黑洞会有霍金辐射，但实际上霍金辐射对黑洞来说是非常微弱的，而且这一现象也只发生在黑洞的视界边缘部分，黑洞内部的事物还是无法看到，所以黑洞可以说是黑到超乎想象。

然而在我们的宇宙中，很有可能并不存在完全无法看到的黑洞，恰恰相反，它们反倒都是都十分明亮的，比如宇宙中最亮的天体Ton618就是一个黑洞，这又是怎么回事呢？

其实主要的原因还正是由于黑洞的引力场非常强大，宇宙中物质并不稀缺，所以黑洞无论处于哪里，都或多或少的有物质被其吸入，是物质在被吸入的过程中，会被其不断的撕裂分解，比如恒星行星等会被分散成气体团或者小块的岩石，然后再进一步撕扯成尘埃和气体，再将分子拉成原子，接着把原子拉碎，把物质撕扯成比夸克还要小的级别，在这一过程中，黑洞吸积盘的温度会高达几千上万亿开尔文温度，因此它可以发出极为明亮的光。

所以虽然理论上认为黑洞黑到什么也看不到，但是由于宇宙中的黑洞几乎不可能不吸收物质，所以它们也都在发光，只是由于质量大小和吸收物质的多少的不同，发出的光度也不同罢了。

5、黑洞要是跑到太阳系离太阳很进会怎样呢？

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。

它是由质量大于30倍太阳质量的恒星爆炸，剩下的恒星核因为引力作用坍塌形成的，当坍塌到史瓦西半径后，光速将不会逃逸该天体的星体表面，不过此时的天体(可见黑洞仍然是一个特殊的天体)会继续收缩坍塌直至只在空间形成一个奇点，而奇点集中了黑洞的所有质量，因而空间曲率是非常大，也就表现其无限大的引力和吞噬能力。

由此可见黑洞视界内有奇点和极度扭曲的时空。当然这只是理想状态下的黑洞，而真正的黑洞里面会有单向膜、内能层，有奇环等存在。

黑洞如果离太阳很近的话，不用说整个太阳系都会被它吞噬掉。

至于黑洞里可以穿越时空，我则不敢苟同，不过黑洞的确能够使时间膨胀变慢，其无限大的引力可能会打开它周围的微小的虫洞，但是要想穿越或许目前也只是理论上的东西。