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题记
2019年4月10日21时，人类首张黑洞照片面世。
黑洞到底什么？谁最先提出了黑洞理论？谁是开启黑洞研究的第一人？黑洞对我们意味着什么？
今天分享安德鲁·里奇韦的一篇文章，节选自《这才是真正的宇宙》，也许能满足你的好奇心。
黑洞：无法逃脱
译/孙琳
节选/《这才是真正的宇宙》
黑洞是什么
黑洞从四面八方吞噬物质和辐射。黑洞的前身是耗尽燃料的恒星，由于无法再释放出能量，恒星再也支撑不了自己的重量（来自核的引力）。恒星由很多层物质组成，每一层中都承受着来自氢的巨大压力，这就使得它缩得更小了。当一个天体收缩，它的引力会变得比从前更大，这就相当于把一整个恒星塞进一个原子大小的空间里，而黑洞那无与伦比的吞噬力量，就是这么来的。
简单来说，黑洞是一个被它体内的物质极度扭曲的空间，即使是光也逃脱不了它的巨大引力。因此，黑洞周围被“事件视界”（event horizon）包围。
“事件视界”像是个不祥之地：它是位于黑洞边缘的时空界限，视界外部的物体可以逃脱引力作用，但只要进入视界内部，无论是物质还是辐射，都无法再被观察到了。
来自18 世纪的发现
黑洞的概念最初来自一位叫作约翰·米切尔（John Michell）的英国牧师，他在1783年提出黑洞存在的设想。他当时想到，如果一颗恒星的引力太强，导致它的“逃逸速度”超过了光速，会发生什么呢？
米切尔想出了一个计算恒星质量的方法，他断定，一颗恒星发出的光的速度能够暴露出它的引力作用，相应地，也能暴露它的质量。他的理论后来被证明是错误的，不过仅仅凭借他对“一颗恒星的引力强到光线都不能逃脱”这个情形的想象，他就已经成为开启黑洞研究的第一人了。
一个质量足够大的物体能变成黑色，因为它会吞噬光——这个发现在当时听上去非常荒谬，因为没有已知的办法或观测结果能支持“引力对光产生作用”的理念。直到1915年，爱因斯坦的广义相对论的出现。
时空被物质和辐射中的能量和动量“扭曲”
来自爱因斯坦的影响
爱因斯坦的广义相对论阐释了质量大的物体是如何用引力造成空间扭曲的，以及光是如何受到引力的弯曲和影响的。在广义相对论中，与黑洞有关的最重要的内容是空间的扭曲与能量及辐射的动量直接相关。
爱因斯坦的理论能帮助科学家推导出，能够预测质量足够大的坍缩的恒星在逃逸过程中继续坍缩的方程式。最终，恒星会坍缩成一个点，科学家把它叫作“奇点”。人们并不知道奇点是什么，因为用我们的物理学体系无法描述奇点的性质。
史蒂芬·霍金在爱因斯坦研究成果的基础上提出，黑洞的引力能够拉伸空间，并且把空间弯曲成一个圆锥形的洞。他的计算还得出黑洞有温度的结论，因此黑洞会源源不断向外释放辐射，这说明黑洞最终会消失。这就是著名的霍金辐射。
黑洞的三个性质
虽然我们看不见黑洞，但黑洞有三个性质是我们能够衡量的：质量、转速和电荷。
通常，黑洞周围环绕着恒星或气体。通过测量绕着黑洞旋转的物质的运动速度，结合引力定律，科学家可以计算出黑洞的质量。
测量黑洞的转速则是一项更加复杂的工作。这个办法太复杂了，具有独特的数学性质，只能用笔和纸演算。一群科学家测量出了一个质量为太阳两百万倍的超重黑洞的转速。它的转速达到了广义相对论规定的宇宙最快速度也就是光速的84%。至于电荷，此前还没有人测量黑洞中的电荷。但理论上黑洞可能的确是带电的。
这张是NGC1068星系的合成图
NGC1068星系是离地球最近也最明亮的星系之一
这个星系中存在一个正在快速生长的超重黑洞
在这张NGC1068 的图像中
可以看到有气体伴随着中间黑洞附近的高速风涌出
黑洞的心脏
黑洞的形成是已知最为激烈的一种宇宙现象，大量能量与辐射被释放出来，数量多到让人难以置信。当黑洞出现时，方圆几千光年内的一切都会消失得无影无踪，这让我们不禁好奇：黑洞有好的一面吗？
答案是肯定的。一些研究表明，黑洞对于保持星系内的稳定起到了关键作用。我们认为每一个星系的中心都有一个超重黑洞，而银河系的黑洞叫作“人马座A*”，虽然这个黑洞的核心中不可能有生命存在，但黑洞被认为能够保持星系中热量与能量的稳定。以银河系为例，如果天体之间离得太近，可能会发生碰撞然后毁灭，如果天体之间离得太远，就没有足够的气体和物质密度，那么出现生命的可能性就更小了。
黑洞理论的演进
很久以前，伟大的科学家们就已经好奇黑洞是什么、黑洞为何存在。以下是我们人类对黑洞了解过程中的八次突破。
1689
自然哲学的数学原理
牛 顿 在 所 著 的《 自 然哲学的数学原理》中提出了万有引力定律，这为后来约翰·米切尔测量引力的工作打下了基础。
1783
站在牛顿的肩膀上
英国牧师以及著名科学家约翰·米切尔在一篇论文中写道，某些恒星的引力实在太强，以至于光都无法逃脱，这篇论文随后被发表在皇家学会（Royal Society）的期刊上。
1916
跟随爱因斯坦的步伐
德国天文学家卡尔·史瓦西（Carl Schwarzschild）以爱因斯坦的广义相对论为基础，通过计算证明，如果把足够的物质压缩到非常小的空间，所形成的引力能够吞噬一切。
1963
克尔的理论
数学家罗伊·克尔提出了第一个旋转黑洞的理论。他认为如果正走向灭亡的恒星坍缩成一群绕成环状的中子星，这些中子星的离心力会阻止它们变成奇点。
1967
合成术语
美国理论物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）给这种坍缩恒星起名为“黑洞”。惠勒是核聚变理论的先导，并致力于原子弹的研发。
1974
霍金辐射
史蒂芬·霍金证明黑洞可能并不完全是黑暗的，并且还有可能释放辐射。霍金的结论是基于雅可夫·泽尔多维奇和阿列克谢·斯塔罗宾斯基的研究得出的，这两位科学家证明旋转黑洞能够释放粒子。
2002
人马座 A*
马克斯普朗克学会（Max Planck Institute）的天文学家团队证实银河系中心有一个超重黑洞。他们推断这个叫作人马座 A* 的黑洞直径为 4400万千米。
2010
最年轻的黑洞
天文学家利用NASA的钱德拉X射线天文台找到了我们所处的星系中存在着最年轻黑洞的证据，这个黑洞起源于一颗超新星，诞生30年后就被太空望远镜探测到了。
被吸入黑洞的物质会遭遇什么？
黑洞之所以叫黑洞，是因为它质量巨大，能产生极强的引力。任何经过黑洞表面（一定的圆周范围之内）的物质，即便是光，都无法逃脱被吸入其中的命运。
因此，落入黑洞的东西很可能就再也见不到了。由于大量物质在引力作用下向黑洞靠近，黑洞表面很可能被一圈又一圈在环形轨道上移动的物质所包围。黑洞周围“吸积盘”（accretion disc）内的物质由于移动速度不同而相互摩擦生热，因此会释放出耀眼的光芒。
任何落入黑洞表面的物体都会被压缩成无穷小，密度变得无穷大，并与黑洞融为一体。在黑洞之外根本看不到黑洞内释放的射线。
以上文字摘自《这才是真正的宇宙》
看了这么多有关黑洞的知识，您对黑洞是否有了一定的了解呢？虽然我们阅读的时间可能只有短短的几分钟，但是这些文字的成果却是众多科学家们多年的心血凝聚而成的。他们中的大部分都已经离这个世界而去，只有这些宝贵的财富永存于世。
好书推荐
[英] 安德鲁·里奇韦
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