关于黑洞你了解多少？

认识黑洞

理论上，黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围，该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界。

那么，黑洞是怎么形成的？

像宇宙万物一样，恒星也会衰老死亡。一些大质量恒星在核聚变反应燃料耗尽时，内核会急剧塌缩，所有物质快速的向着一个点坍缩，最终坍缩成一颗黄豆大小的奇点，并形成一个强大的力场漩涡，扭曲周围时空，成为黑洞。

宇宙中，根据质量天文学家们将宇宙中的黑洞分成三类：恒星级质量黑洞（几十倍—上百倍太阳质量）、超大质量黑洞（几百万倍太阳质量以上）和中等质量黑洞（介于两者之间）。

根据理论推算，银河系中应该存在着上千万个恒星量级的黑洞。然而，因为黑洞自身不发射和反射电磁波，仪器和肉眼都无法直接观测到它。

黑洞只可远观：把人变成“面条”

尽管人们对黑洞的热情高涨，但其只可远观而不可接近，否则后果很严重。简单来说，如果你和黑洞靠得太近，你就会像意大利面一样被拉长。这一现象有个极富创意的名字“意大利面条效应”。之所以会产生这种效应，是因为人体各处受到的引力大小不同。

如果你两脚朝下飞向黑洞，由于你的脚离黑洞更近，它受到的引力将比头部受到的引力要大。更糟糕的是，由于胳膊并非位于身体中心，它们被拉长的方向会与头部的朝向稍有不同，你身体的边缘部位会被拉进身体里。最后的结果是，你的身体不仅被拉长了，而且还变细了。因此，还没等你（或其他物体）抵达黑洞中心，你就早早地变成了一根“意大利面条”。

并非“永恒牢笼”：信息可从中逃逸

经典黑洞理论认为，任何物质和辐射都不能逃离黑洞；而量子力学理论表明，落入黑洞的信息可以重新获取。这个所谓的“信息悖论”已困扰科学界40年。

2016年1月，霍金等人提出：落入黑洞的粒子的信息部分并没有消失，有些信息会以不同的形式释放出来，只不过很难还原和破解。

其实，早在此前的2015年3月，霍金就对黑洞理论进行了修改，宣称黑洞实际上是“灰色的”。新“灰洞”理论称，物质和能量被黑洞困住一段时间后，又会被重新释放到宇宙中。霍金还指出，黑洞并非“永恒的牢笼”，某些信息会以不同的形式释放出来。

之后，霍金同哈佛大学的安德鲁·施特勒明格、剑桥大学的马尔科姆·佩里提出了新理论：让信息逃逸的黑洞裂口由“柔软的带电毛发”组成，它们是位于事件视界的光子和引力子组成的粒子，这些能量极低甚至为零的粒子能捕获并存储落入黑洞的粒子的信息，就像人的鼻毛能捕获灰尘一样。这意味着，尽管落入黑洞的粒子可能已“有去无回”，但部分信息存储在这些“柔软毛发内”，持续在黑洞边界逡巡。

霍金解释说：“我认为，信息不像大多数人以为的那样被存储在黑洞内部，而是被存储在事件视界。进入黑洞的粒子的信息确实返回到空间了，但采用一种混沌且无用的形式。返回的信息与烧焦的百科全书差不多，从理论上来说，信息并没有丢失，但很难进行翻译和破译。”

黑洞终极命运：或随时间蒸发殆尽

1973年霍金在弯曲时空量子场论的研究中发现，原来“黑洞不黑”！原本经典理论上“一毛不拔”的黑洞，在黑洞量子力学中也可以通过一定的机制发射黑体辐射，这就是霍金辐射！

尽管霍金的这一想法刚提出时受到了普遍的质疑，但后来，大部分科学家得出结论称：如果我们关于广义相对论和量子力学的其他观念是正确的，那么黑洞必须像热体那样发射粒子和辐射。

但我们又知道，任何东西都不能从黑洞的事件视界之内逃逸出来，黑洞怎么可能发射粒子呢？量子理论给我们的回答是，粒子不是从黑洞里面出来的，而是从紧靠黑洞事件视界之外的“空虚的”空间来的。

霍金在《时间简史》中解释称，“空虚的”空间充满虚粒子—反虚粒子对。它们一同创生，彼此分离，然后再回到一起并且湮灭。如果黑洞存在，带有负能量的虚粒子落到黑洞里可能会变成实粒子或者反实粒子。这种情形下，它不再需要和它的伴侣相互湮灭了。它被抛弃的伴侣可以落到黑洞中去。或者由于它具有正能量，也可以作为实粒子或反实粒子从黑洞的邻近逃走。

而且，黑洞的质量越小，其温度就越高。这样，随着黑洞损失质量，它的温度和发射率增加，导致其质量损失得更快。因此，小质量的黑洞，霍金辐射强，它们蒸发速度快，一个质量为1015克的黑洞被蒸发掉所需的时间与宇宙的年龄相仿。

由于逃离黑洞的辐射过于捉摸不定，因此“霍金辐射”很难得以证实。不过，据国外媒体2016年4月底报道，来自美国和以色列的两个独立研究团队称，他们发现了足以支持“霍金辐射”理论的明确证据，但相关研究仍有待进一步证实。

物理学界的江湖流传着很多关于黑洞的传说，孰真孰假，唯有等待时间和科学来检验。

来源：综合人民日报 科技日报

编辑：tf10