提到黑洞，东说念主们最直不雅的分解频频是“引力大到光都无法脱逃的天体”。

这个界说精炼却不够全面——更令东说念主困惑的是，尽管黑洞的“吞吃”智力盛名远近，但从物理学的严格意旨来讲，插足黑洞其实是一件近乎不可能的事。症结会这一矛盾的论断，咱们必须先跳出经典力学的框架，走进爱因斯坦广义相对论所描摹的诬陷时空之中。

在牛顿的物理学体系中，时空是皆备的、笔直的，就像一张铺在无限空间中的固定桌面，无论周围存在何种物资，桌面的形态都不会转换。

但爱因斯坦的广义相对论透彻颠覆了这一分解：时空并非刚性的“桌面”，而是一张不错被质料和引力诬陷、压缩、拉伸的“弹性织物”。这种诬陷并非综合的数学宗旨，而是能通过具体快意被感知和考据的客不雅事实。

咱们不错用一个平常的例子来领路时空的诬陷效应。假定有一把表率的一米长尺子，当它被扬弃在强引力场中时，从引力场外部不雅测者的视角来看，这把尺子的长度会清亮变短；但奇特的是，尺子本人并不会“感知”到我方的长度变化——对于与尺子处于覆没引力场中的不雅测者而言，尺子依然是表率的一米。这种长度的变化并非尺子本人的物理结构发生了转换，而是引力场对时空标准的压缩导致的不雅测各异。

时代维度一样会受到引力场的影响。要是咱们拿着一块精确的腕表走进强引力场，腕表的指针在咱们我方看来依然是正常动弹的，时代荏苒的速率也莫得任何很是；但在引力场外部的不雅测者眼中，腕表的指针动弹会越来越慢，咱们的作为也会变成慢镜头，致使会出现“一秒钟仿佛过了一分钟”的错觉。这种时代的“相对性”并非错觉，而是引力场对时代标准的压缩效应，是广义相对论的中枢推行之一。

闻明科幻电影《星际穿越》中，就机动地展现了引力场对时代的压缩效应。

影片中，男主角库珀与女主角布兰德赶赴黑洞“卡冈图亚”隔邻的米勒行星实行探伤任务，他们在行星名义仅停留了三个小时；然则当他们复返绕行星运行的飞船时，留守的共事罗米利已经朽迈了20年。这一情节并非编剧的臆造，而是严格遵从广义相对论的科学推演——黑洞隔邻的强引力场将外部时空的20年，压缩成了行星名义的三个小时。对于库珀和布兰德而言，他们的时代荏苒是正常的；但对于处于弱引力场中的罗米利来说，同伴的时代被相当压缩，最终变成了“天上一日，地上十年”的夸张各异。

当咱们将广义相对论的时空诬陷效应垄断到黑洞上时，会得到一个更令东说念主摇荡的论断：黑洞的边际，本色上是时空被压缩到极致的区域——在这里，时空的标准被压缩成了零。为了更明晰地领路这一快意，咱们不错构建一个念念想实验：假定你决定切身探索黑洞，我则在黑洞外部的安全区域为你“把风”，咱们商定好，你每隔1分钟就向我发送一条信号报吉利。

在你皆集黑洞的经由中，从你的视角来看，一切都是正常的：你会严格按照商定，每隔1分钟发送一条信号，我方的呼吸、作为、念念维速率都莫得任何很是。但从我的视角来看，情况却在不停发生变化——跟着你简陋皆集黑洞边际，我接收到的信号拆开会越来越长。一驱动，你的1分钟可能对应我这边的1个小时；当你进一步皆集时，你的1分钟可能会对应我这边的10个小时、100个小时，致使更长。

这种时代标准的各异会跟着你与黑洞边际的距离镌汰而不停加重。当你无限接近黑洞边际时，你的1分钟时代，在我看来将等同于无限长的时代。哪怕我领有反老还童的智力，能够见证天地的出身与衰一火，也长久无法看到你信得过到达黑洞边际的那一刻——我能不雅测到的，仅仅你不停趋近黑洞边际的身影，以及你发送的信号拆开越来越长，最终透彻消散在天地中。从外部不雅测者的视角来看，你长久无法插足黑洞。

这里的症结在于“不雅测视角的相对性”：外部不雅测者看到的“长久无法插足”，并非因为你在前进经由中碰到了物理禁锢，而是因为黑洞的强引力场将你的时代无限拉伸，导致你到达黑洞边际的斯须，对应着外部天地的无限改日。这种时空标准的极致诬陷，变成了一齐无形的“壁垒”，让外部不雅测者长久无法见证插足黑洞的经由。

既然外部不雅测者长久看不到你插足黑洞，那么从你的视角来看，你能凯旋插足黑洞吗？谜底是细主义——但插足的经由，会比你设想的愈加诡异。

从你的视角来看，插足黑洞的经由是在有限时代内完成的：你会感受到我方不停皆集黑洞，最终穿过黑洞边际，插足黑洞里面。但问题在于，你的“有限时代”，对应的是黑洞外部的“无限时代”。也便是说，在你穿过黑洞边际的那刹那间，从你的视角来看，统共这个词天地的时代会被压缩到极致——天地的出身、演化、朽迈、闭幕，都会在片晌间完成。

这一推行带来了一个令东说念主深念念的问题：当你信得过插足黑洞之前，天地可能已经迎来了闭幕。

当今物理学界对天地的最终气运存在多种忖度，无论是“大收缩”（天地在引力作用下坍缩成一个奇点）、“大扯破”（暗能量导致天地加快扩张，最终统共物资都被扯破成基本粒子），照旧“热寂”（天地熵达到最大值，统共能量都升沉为热能，堕入不朽的放松），其最闭幕局都是天地的衰一火。要是天地的寿命是有限的，那么在你完成插足黑洞的有限时代内，外部天地已经闭幕，黑洞是否还会存在，也就成了一个未知数。

由此可见，无论从外部不雅测者的视角，照旧从插足黑洞者的视角，只须天地的寿命是有限的，“信得过插足黑洞”便是一件无法达成的事。但这一论断是诞生在“欲望化模子”之上的——它假定黑洞是静止的、沉静的，周围莫得任何物资滋扰。而在现实的天地中，黑洞并非“沉静存在”，它们会不停继承周围的物资，还会与其他黑洞发生合并。那么，现实中的黑洞为什么又能“继承”物资呢？这里的症结在于：咱们并非主动“插足”了黑洞，而是黑洞通过扩大自身的“视界线”，主动“接待”了咱们。

在推敲黑洞的“继承”行径之前，咱们需要先明确一个宗旨——视界线（也叫事件视界）。

视界线是黑洞的“鸿沟”，它并非实体名义，而是一个时空区域的分界线：一朝越过视界线，任何物资和信息都无法逃离黑洞的引力。咱们之前推敲的“无法插足黑洞”，推行上是指无法从外部不雅测者的视角看到物资越过视界线。

现实中黑洞继承物资的经由，并非物资主动“穿过”视界线插足黑洞，而是黑洞的视界线主动扩张，将周围的物资“包裹”进去。当物资简陋皆集黑洞时，物资自身的质料会产生引力，与黑洞的引力相互重迭，导致局部的时空诬陷进程进一步加重。当物资皆集到一定进程时，重迭后的引力会将正本处于视界线以外的时空区域压缩到极致，使得视界线扩大，将这部分物资纳入其中。

黑洞的合并经由一样遵从这一逻辑。两个黑洞的合并，并非一个黑洞“插足”另一个黑洞，而是两个黑洞的视界线在相互皆集的经由中不停扩张，最终融会成一个更大的视界线。

咱们不错用一个肤浅的例子来领路：假定天地中有两个沉静的黑洞A和B，它们各自领有我方的视界线。当A和B简陋皆集时，它们之间的区域会受到两个黑洞的引力重迭，时空诬陷进程急剧加多。当它们皆集到一定距离时，中间区域的时空标准被压缩为零，两个黑洞的视界线会相互勾搭、扩张，最终变成一个全新的、更大的视界线，这便是黑洞合并的本色。

需要预防的是，咱们之前推敲的“无法插足黑洞”，是针对“质料为零的欲望不雅测者”而言的——这类不雅测者不会对周围的时空产生任何关扰，因此会被视界线的无限时代拉伸所“对抗”。但现实中的物资都具有质料，它们会对时空产生滋扰，从而转换视界线的形态。举例，当一颗恒星皆集黑洞时，恒星的质料会与黑洞的质料重迭，导致视界线扩张，将恒星的一部分或全部包裹进去。从外部不雅测者的视角来看，恒星会简陋被黑洞的引力扯破，最终“消散”在视界线内——这并非恒星主动插足了黑洞，而是黑洞的视界线扩张后，将恒星纳入了我方的范围。

咱们已经明确，从外部不雅测者的视角来看，物资长久无法信得过插足黑洞；但假定咱们忽略天地的有限寿命，从插足黑洞者的视角来看，一朝穿过视界线，就再也无法逃离黑洞。这一论断一样不错从广义相对论的时空诬陷效应中得到评释，咱们依然不错通过念念想实验来领路。

假定你凯旋穿过了黑洞的视界线，此时你想回身复返黑洞外部，与在外面“把风”的我汇合。从你的视角来看，你只需要破耗有限的时代就能完成回身、前进的作为；但从我的视角来看，你的时代被无限拉伸——你回身的0.0001秒，可能就对应着外部天地的100亿年、1000亿年，致使更久。比及你完成回身的作为时，外部天地早已迎来了闭幕，我也早已不复存在。

从你的视角来看，无法逃离的原因则愈加肤浅：黑洞里面的时空诬陷标的与外部完全相背。

在黑洞外部，时空是“向外扩张”的，咱们不错解放地向任何标的挪动；但在黑洞里面，时空被相当诬陷，统共的标的都指向黑洞的中心奇点。也便是说，在黑洞里面，“前进”和“后退”的宗旨已经失去了意旨——无论你向哪个标的挪动，最终都会朝着中心奇点皆集。同期，黑洞外部的时空标准对你而言是无限大的：从黑洞里面到外部的距离，在你看来是无尽远的。笔据狭义相对论，任何物体的畅通速率都无法杰出光速，以有限的光速穿越无尽远的距离，需要无限长的时代——这意味着你长久无法回到黑洞外部。

这里咱们需要永诀广义相对论黑洞与经典力学黑洞的本色各异。经典力学认为，黑洞之是以无法逃离，是因为黑洞的引力太强，光的速率不及以克服引力，无法脱离黑洞的敛迹；而广义相对论则认为，黑洞之是以无法逃离，是因为引力导致时空标准被极致压缩——从黑洞里面到外部的距离被拉伸为无尽远，逃离所需的时代被拉伸为无限长。两者的论断疏通，但背后的物理旨趣却迥然相异，这也体现了广义相对论对经典力学的超越。

在很长一段时代里，物理学家们都认为黑洞是“只进不出”的天体——一朝物资插足黑洞，就会长久消散，不会以任何形态再次出现。但1974年，英国物理学家霍金提议了一个颠覆性的表面：黑洞并非完全“一毛不拔”，而是和会过一种罕见的方式向外辐照粒子，这种快意被称为“霍金辐照”。要是霍金辐照的表面是正确的，那么黑洞就不是“完全玄色”的，而是一种“灰洞”。

需要预防的是，霍金辐照当今还停留在表面忖度阶段，尚未被实验径直考据。这一表面的提议，将广义相对论与量子力学这两大物理学支捏联系了起来——咱们之前推敲的黑洞性质，都只磋议了广义相对论的效应，而霍金辐照则是量子力学在黑洞推敲中的伏击垄断。

症结会霍金辐照，咱们起程点需要碎裂一个学问分解：真空并非“空无一物”。笔据量子力学中的“量子涨落”表面，真空其实是一种“充满活力”的景色——在极短的时代内，真空中会当场产生一双对“正反粒子”（举例电子和正电子），这些粒子会在产生后斯须相互碰撞、灭亡，归来真空景色。这种量子涨落快意无法被径直不雅测到，但已经通过辗转实验得到了考据（举例卡西米尔效应）。

咱们不错用一个形象的例子来领路量子涨落：从高空鸟瞰海平面，会以为海面镇定无波；但要是皆集不雅察，就会发现海面上有无数微弱的水点在陡立升沉、不停生成和消散。真空中的正反粒子对，就如同海面上的微弱水点——它们当场生成，又斯须灭亡，看护着真空的动态均衡。

霍金辐照的中枢逻辑的是：在黑洞的视界线隔邻，量子涨落产生的正反粒子对，会因为黑洞的引力而被“分离”。在正常的真空中，正反粒子对会斯须灭亡；但在黑洞视界线隔邻，其中一个粒子会被黑洞的引力吸入视界线里面，另一个粒子则会因为失去了灭亡的伙伴，而有契机逃离黑洞的引力敛迹，扩散到天地空间中。从外部不雅测者的视角来看，这些逃离的粒子就像是黑洞“辐照”出来的，因此被称为“霍金辐照”。

更意念念的是，被吸入黑洞里面的频繁是反粒子（举例正电子）。反粒子具有与正常粒子相背的电荷和能量，当反粒子插足黑洞后，会与黑洞里面的正常粒子（举例电子）发生灭亡，从而减少黑洞的质料。因此，霍金辐照的最终后果是：黑洞会不停向外辐照粒子，同期自身的质料会不停减小——这依然由被称为黑洞的“挥发”。

黑洞的挥发速率与自身质料密切联系。霍金辐照的辐照量与黑洞的名义积成正比（名义积=4πr²，r为黑洞半径），而黑洞继承物资的效力与自身段积成正比（体积=4/3πr³）。这意味着：质料越大的黑洞，半径越大，继承物资的效力（与半径的三次方成正比）远高于辐照效力（与半径的二次方成正比），因此挥发速率极端简陋；而质料越小的黑洞，半径越小，辐照效力会杰出吸见效力，挥发速率会极端快。

昔日瑞士大型强子对撞机（LHC）驱动实验前，曾有寰宇惦记实验会撞出小黑洞，导致地球被黑洞吞吃。霍金那时公开示意，这种惦记是过剩的——即使实验确实撞出了小黑洞，由于其质料极小，笔据霍金辐照的表面，它会在极短的时代内（可能唯有几纳秒）就挥发殆尽，根底莫得契机吞吃地球。要是改日实验能够不雅测到小黑洞的挥发经由，霍金辐照的表面将得到考据，霍金也必将因此获取诺贝尔物理学奖——可惜的是，适度当今，LHC尚未制造出任何黑洞。

笔据质料的不同，物理学家们将黑洞分为三类：原初黑洞、恒星黑洞和超大质料黑洞。意念念的是，表面上还存在一种“中等质料黑洞”，但这种黑洞被认为是不可能存在的——这一论断背后，荫藏着粒子物理与天体物理的真切联系。

起程点是原初黑洞。这是一种表面忖度中的黑洞，当今尚未被不雅测到。笔据霍金的谋略，原初黑洞的质料极端小，大致唯有1千克的一亿分之一（10⁻⁸千克）。之是以被称为“原初黑洞”，是因为这类黑洞唯有在天地大爆炸之初才有可能变成——天地大爆炸初期，能量密度极高，局部区域的物资可能会被相当压缩，从而变成小质料的黑洞。在正常的天地环境中，如斯小质料的物资无法自愿变成黑洞，因为其自身的引力不及以克服粒子间的抹杀力，除非有外部的超高能量对其进行挤压，将其压缩到“史瓦西半径”以内。

这里咱们需要引入“史瓦西半径”的宗旨：任何有质料的物体，只须被压缩到其对应的史瓦西半径以内，就会成为一个黑洞。史瓦西半径的谋略公式为r=2GM/c²（其中G为万有引力常数，M为物体质料，c为光速）。举例，太阳的质料约为2×10³⁰千克，其史瓦西半径约为3千米——也便是说，只须将太阳压缩到半径3千米的球体以内，太阳就会成为一个黑洞；地球的质料约为5.97×10²⁴千克，其史瓦西半径约为9毫米——将地球压缩到橘子大小（致使更小），地球就会成为一个黑洞。

第二类是恒星黑洞，这是当今最常见的一种黑洞，其质料频繁在太阳质料的3～65倍之间。恒星黑洞的变成与大质料恒星的演化至极密切联系。一颗质料较大的恒星（质料大于8倍太阳质料）在其生命周期的末期，中枢的核反馈会简陋住手——核反馈产生的向外的压力消散后，恒星自身的引力会占据优势，导致恒星的中枢急剧坍缩。当中枢的质料弥漫大，坍缩后的半径小于其史瓦西半径时，就会变成恒星黑洞。

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第三类是超大质料黑洞，其质料频繁在太阳质料的几百万倍到几十亿倍之间。举例，星河系的中心就存在一个超大质料黑洞，其质料约为太阳质料的400万倍（这一论断已通过射电千里镜的不雅测得到考据）。对于超大质料黑洞的变成机制，当今物理学界尚未变成结伙的定论，其中最被平常接收的忖度是：超大质料黑洞是由恒星黑洞通过不停合并、继承周围物资简陋成长而来的。此外，还有一种忖度认为，超大质料黑洞是在天地大爆炸初期变成的“种子黑洞”基础上，不停吸积物资成长而来的。

在原初黑洞（小质料）、恒星黑洞（较小质料）和超大质料黑洞（大质料）之间，还存在一个质料区间——太阳质料的65～130倍，这一区间的黑洞被称为“中等质料黑洞”。笔据现存的物理学表面，中等质料黑洞是不可能存在的，这一论断的中枢是“对不彊壮性”（pair-instability）效应，而这一效应的本色与粒子物理中的正反粒子灭亡快意密切联系。

咱们已经知说念，粒子与反粒子再会后会发生灭亡，升沉为光子（举例电子与正电子灭亡会产生两个光子）。这依然由的逆经由一样可能发生：当光子的能量弥漫高时，两个光子碰撞后会升沉为一双正反粒子（举例光子升沉为电子和正电子）。这一逆经由的发生，需要极高的能量密度——而大质料恒星的中枢，赶巧得志这一条目。

一颗质料在100倍太阳质料阁下的恒星，其中枢的引力极强，里面的压力和温度极高，导致中枢内的光子能量达到了升沉为正反粒子对的阈值。恒星之是以能够看护固定的体积，不被自身引力坍缩，是因为中枢核反馈产生的光压与引力相互均衡。但当光子升沉为正反粒子对后，正反粒子对产生的向外的压力远小于正本的光压——这就导致引力占据皆备优势，恒星的中枢会急剧坍缩。

这种急剧的坍缩会在恒星里面产生雄伟的能量反扑：中枢的坍缩会导致里面的能量密度斯须飙升，产生热烈的爆炸，将恒星外部的大量物资抛射出去。这便是“对不彊壮性”效应——它会导致大质料恒星在变成黑洞之前，将自身的大部分质料抛射出去，最终残留的中枢质料不及以变成中等质料黑洞（65～130倍太阳质料）。

而超大质料黑洞之是以能够存在，是因为其质料弥漫大——即使发生了对不彊壮性效应，抛射出去的物天禀量也只占总质料的一小部分，剩余的质料依然足以变成黑洞。恒星黑洞之是以能够存在，是因为其质料较小（3～65倍太阳质料），中枢的光子能量不及以升沉为正反粒子对，不会发生对不彊壮性效应，因此能够矫捷地坍缩变成黑洞。唯有在65～130倍太阳质料的“中等质料区间”，恒星会因为对不彊壮性效应抛射大量物资，无法变成黑洞——这便是中等质料黑洞被认为不可能存在的表面依据。

但2020年9月，物理学界出现了一个要紧的未必：发现引力波的LIGO（激光干预引力波天文台）不雅测到了一个奇怪的引力波信号。该信号来自两个黑洞的合并——其中一个黑洞的质料为65倍太阳质料，另一个为85倍太阳质料，合并后变成的黑洞质料为142倍太阳质料。85倍太阳质料的黑洞，恰平允于“中等质料黑洞”的表面禁区内。这一发现让物理学界堕入了困惑：要么现存的黑洞变成表面存在缺陷，要么天地中存在一种全新的、从未被表面预言过的奇特天体。

这个奇怪的信号之是以令东说念主困惑，还有一个伏击原因：单个球形天体无法产生引力波。笔据广义相对论，引力波是由时空的剧烈扰动产生的，而中心对称的球形天体不会产生时空扰动，因此无法发出引力波。咱们当今不雅测到的统共引力波，都来自两个天体（如黑洞、中子星）相互绕转、合并的经由——这种非中心对称的系统会剧烈扰动周围的时空，产生可不雅测的引力波。

要是85倍太阳质料的天体是一种全新的天体，那么它必须得志两个条目：一是质料弥漫大（能够产生可不雅测的引力波），二是不具有中心对称性（能够产生引力波）。但笔据天体物理学的学问，质料如斯大的天体，其自身的引力会将其压缩成球形——中心对称性是大质料天体的势必属性。因此，这种全新天体的存在似乎也站不住脚。

无论最终的谜底是什么，这一发现都是实验物理的要紧凯旋——它揭示了现存表面的局限性，为咱们探索天地的未知限度提供了新的标的。大概在改日的某一天，跟着不雅测时代的率先和表面的完善，咱们能够解开中等质料黑洞的谜题，进一步揭开黑洞的奥密面纱。