关于黑洞的一切须知 | 发现杂志

没有什么比黑洞更奇怪了。黑洞是一颗前恒星的黑暗尸体，连光都无法逃脱。当一颗巨大的垂死恒星在自身引力作用下坍缩时，黑洞就形成了。它会收缩，直到所有质量都包含在一个无限密集的点中，称为奇点。它的引力如此之强，以至于任何物体一旦进入奇点周围被称为事件视界的无形边界，就无法逃脱。

事件视界外围环绕着高温物质——吸积盘，它们像水螺旋式流向下水道一样，“坠入”黑洞。吸积盘会发出X射线，这是一种高能形式的光，因为物质移动速度如此之快，其摩擦会产生大量热量。能量和物质的喷流（其形成原因仍然是个谜）可以从吸积盘延伸数十万光年。

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紧邻事件视界的是一圈围绕黑洞的光子环。这个被称为最内稳定圆轨道的发光环，像靶心一样勾勒出黑洞的边缘。而从它的正中心，黑洞会蒸发一种被称为霍金辐射的能量，导致整个黑洞极其微小而缓慢地收缩。在诞生数十亿或数万亿年后，黑洞将完全蒸发。

意大利面化

起初，你无忧无虑地漂浮在时空中，逐渐接近一个黑洞。你的脚上感受到的引力与头部感受到的引力没有太大区别。

当你漂得更近时，黑洞的引力开始变得令人不安。因为你的鞋子离它近了5到6英尺，所以它们首先感受到更大的拉力。

黑洞很快就会比拉扯你身体其他部位更用力地拉扯你的双脚。它们开始从你的小腿处伸展。

当你的身体被拉伸成一条细线，或者说被“意大利面化”时，那种不适感会越来越强烈。兄弟，游戏结束了。

谁将解决信息悖论？

当一个物体越过事件视界进入黑洞时，它将永远无法出来——它以及所有关于其身份的信息都被永远困住了。但黑洞会随着霍金辐射泄漏到太空中而缓慢蒸发。那么当它们消失时，被困在里面的信息会怎样呢？量子力学认为这样的信息永远不会被摧毁。以下是四位不同的物理学家试图解决这个所谓的信息悖论的方法。

Leonard Susskind — 伦纳德·萨斯坎德 (Linda A. Cicero/斯坦福新闻社)

伦纳德·萨斯坎德， 信息站 机构： 斯坦福大学 年份： 2008 著名成就： 共同创立弦理论 观点： 在他的著作《黑洞战争》中，萨斯坎德指出量子物理学规定信息会保留在黑洞边缘，即使物体坠入其中。史蒂芬·霍金与他争论，认为信息会永远消失，因此量子力学必定存在缺陷。

polchinski — 约瑟夫·波尔钦斯基 (Sonia Fernandez/加州大学圣巴巴拉分校照片)

约瑟夫·波尔钦斯基， 防火墙 机构： 加州大学圣巴巴拉分校 年份： 2012 著名成就： 发现D-膜，解释D-膜是什么（弦理论的一部分） 观点： 一旦黑洞因霍金辐射而损失了大约一半的自身质量，事件视界将无法存储足够的编码信息来讲述内部的故事。此后，任何东西都无法进入，否则其信息将会丢失，奇点本质上会与事件视界碰撞。一个“防火墙”——由碰撞产生的充满能量的粒子墙——随即位于视界之外，焚烧任何试图穿越它的物体。

杰拉德·特霍夫特，隐藏代码 机构： 乌得勒支大学 年份： 2015 著名成就： 1999年获得诺贝尔物理学奖 观点： 特霍夫特阐述了萨斯坎德的观点。当物体接近黑洞边缘时，黑洞的引力场会发生变化。这种变化会以编码物体信息的方式，改变向外辐射的霍金辐射。

史蒂芬·霍金， 全息图 机构： 剑桥大学 年份： 2015 著名成就： 发明霍金辐射，史蒂芬·霍金本人 观点： 在多年坚持信息会被摧毁后，这位著名物理学家改变了论调。去年，他说一个3D物体在进入时会在事件视界上留下一个2D印记——一个全息图。当霍金辐射向外传播时，物体的身份印象会印在全息图上。

如何观测黑洞

正如行星围绕太阳运行一样，恒星也围绕着我们银河系的中心黑洞人马座A*（发音为“A星”）运行。加州大学洛杉矶分校的科学家们已经观察了它们长达20多年的五月柱舞。

人马座A*最近试图撕碎一个神秘物体。2011年，天文学家发现了G2，他们认为它是一团气体云，正处于与银河系中心近距离碰撞的轨道上。他们认为黑洞会在吞噬G2之前将其撕裂。G2确实被“意大利面化”了一点，但它保持完整并继续沿着其路径前进。科学家们现在认为，这团气体掩盖了一颗秘密恒星，其引力使这些气体云免受彻底毁灭。

并非所有恒星都如此幸运。2015年10月，天文学家观测到PGC 043234星系中一个超大质量黑洞（距离地球2.9亿光年）撕裂了一颗恒星，将其吸入吸积盘，然后将其作为太空午餐吞噬。

黑洞之外

虽然我们有确凿证据表明黑洞存在，但许多细节仍然模糊不清，这为各种奇怪的可能性留下了空间。在推测的范围里，存在着虫洞和白洞的奇特世界。

虫洞，也称为爱因斯坦-罗森桥，是空间中两点之间的捷径。在这种情况下，在你进入黑洞之后，你（或你被“意大利面化”的残骸）会进入一个“隧道”，并通过一个白洞（黑洞的对立面）在数光年之外出来。黑洞就像加州旅馆——你可以入住，但你永远无法离开——而白洞则相反，你可以离开，但永远无法再次进入。它们在数学上是可能的，但没有人发现过虫洞或白洞的证据。话又说回来，它们的发现者也无法回来告诉我们。