你知道吗，宇宙里有个神秘得不得了的东西，叫黑洞。好多人对它充满好奇，可又不太清楚它到底是啥。今天咱就唠唠，黑洞到底是个啥玩意儿。

咱先从电影说起，不知道你看过《星际穿越》没？电影里有宇航员在宇宙探索，涉及好多天体物理知识，其中就有黑洞。这黑洞的概念特别抽象，不同人想法可能完全不一样。艺术家、导演可能会想象黑洞袭击撕裂别的天体；有的物理学家更神了，觉得黑洞中心说不定是另一个时空，或者是平行宇宙的入口呢。那现实里的黑洞到底啥样？

咱得先讲讲引力。17 世纪，物理学家牛顿发现万物之间有吸引力，他说引力是质量导致的，还弄出了万有引力公式。后来科学家就琢磨，要是宇宙里有天体致密到一定程度，光是不是就跑不出去了？18 世纪法国数学家拉普拉斯就有这想法了，不过那时候对光速不太了解，只能算个概念。等近代能精确测量光速了，才真正能计算。

牛顿理论能解释不少天体运动，可也有问题，比如水星运动轨迹和预测的有点偏差。这时候爱因斯坦出来了，他说引力不是质量直接导致的，而是质量让时空变形产生的效应。打个比方，就像一张二维薄膜，放上不同质量、密度的天体，薄膜就会有不同变形，质量大变形大，质量小变形小。像中子星、黑洞这些致密天体，能把薄膜拉伸得像个 “深井”，这就是视界。物体要从视界里出来得耗费好多能量，当视界深到一定程度，光都跑不出来。爱因斯坦广义相对论就预言了黑洞的存在，那时候还不叫黑洞呢。

提出广义相对论没几个月，德国科学家史瓦西就得到了爱因斯坦方程的第一个黑洞数学解。把物体逃逸速度设成光速，再结合万有引力常数和天体质量，能算出个史瓦西半径。小于这个半径的物体就是黑洞。要是地球变成黑洞那样，得把半径约 6400 公里的地球压缩到半径 9 毫米左右，差不多 1 分钱硬币大小。

现在观测发现，宇宙里黑洞可不少。科学家在做 X 射线观测时，偶然发现个奇怪天体，在天鹅座，是 X 波段观测到的第一个这种现象，就叫天鹅座 X-1。它离地球 7800 多光年，质量是 15 个太阳质量，后来确定是个黑洞。

黑洞按质量分，有两大类。一类是恒星量级黑洞，质量在 10 多个到小于 100 个太阳质量之间。另一类是超大质量黑洞，质量相当于上百万甚至几十亿、上百亿个太阳质量。像银河系中心，就有个大约 400 多万个太阳质量的超大黑洞。理论推算银河系里应该有上亿个恒星量级黑洞，可到现在我们才发现不到 20 个。

黑洞不会发光，那科学家咋知道它存在呢？原来黑洞有围绕自身转动的气体盘，还有从附近喷射出来的气体物质，天文学叫 “喷流”。气体盘和喷流会产生辐射，我们就靠这个 “看到” 黑洞。要注意，黑洞 “喷流” 不是吸进去再喷出来，而是气体还没掉进黑洞前，从黑洞附近、沿着转动方向喷出来的。

一般来说，质量几十个太阳质量的恒星死亡后会塌缩成黑洞。恒星内部有热核反应，能支撑自身重量，热核反应完了，撑不住就塌缩成黑洞。小质量黑洞相互碰撞、合并，再长时间吸积周围气体，最后就变成超大质量黑洞。

我们观测物体得靠光，光不能传播的时候就看不清。观测黑洞时，光都出不来，看到的就是个黑色区域，从各个方向看都是黑的，所以黑洞应该是个黑球体。

那黑洞物理结构啥样呢？黑洞由三部分构成。第一部分叫 “视界面”，在视界面里面，任何物体包括光都逃不出来。但视界面只是个虚拟界面，不是实实在在的球体。想象一下，宇航员要是掉进视界面，就和外面没法交流了，因为常用的无线电波也是光速传播，在视界面里，速度得大于光速才能逃出来，所以无线电波也出不来。

黑洞视界面球体中心有个 “奇点”。一开始，根据爱因斯坦相对论，奇点质量无穷大，体积特别小甚至没有，黑洞几乎所有质量都集中在这。后来随着量子引力出现，科学家觉得奇点可能有一定体积，但还是很小。奇点啥形状呢？可能像量子泡沫，就跟咱现实里看到的肥皂泡似的，由好多弯曲空间构成。构成黑洞的第三部分是史瓦西半径，它决定了黑洞大小。

黑洞结构简单，能用质量、转动和电荷这三个物理量描述，所以叫 “三毛定理”，也有人简单叫 “无毛定理”。

现在我们知道的大部分黑洞知识，都是 20 世纪六七十年代研究出来的，惠勒、索恩、霍金等都是那时候的代表人物。以前大家觉得黑洞没辐射，因为没光线，可霍金研究出黑洞有微弱辐射，现在叫霍金辐射。

还有啊，黑洞周围时间会变得很慢，这是广义相对论的自然推论。因为时间和空间在一定程度上等效，空间扭曲，时间就被拉长，时间拉长就相当于变慢。《星际穿越》里，男女主人公在米勒星球待了约 3 个小时，回到飞船母舰，母舰上宇航员说等了 20 多年，就是因为米勒星球在黑洞周围，时空被极端扭曲了。