黑洞里(黑洞里面是另一个世界吗)-测八字网

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中子星物质已经很难用元素诠释，那么黑洞里面到底是什么物质？
黑洞是什么？怎么形成的？黑洞里面是什么样子？
黑洞里面到底有什么东西？
黑洞连光都会吸进去，它是宇宙中最黑的天体吗？其实它是最明亮的
黑洞里的一个小时，相当于地球上的多长时间？

中子星物质已经很难用元素诠释，那么黑洞里面到底是什么物质？

黑洞，是宇宙中最诡异的天体，通常是大质量恒星死亡后的产物，也就是恒星的“坟墓”。

很多人认为黑洞的密度无限大，这种说法并不严谨。所谓的“无限大”只是黑洞中心的奇点，并不是指黑洞本身。

黑洞都有事件视界，事件视界是时空的分界线，任何物体一旦越过事件视界就会被黑洞完全吞噬。黑洞的事件视界会组成一个球面，这个球面通常会被认为“黑洞”。

这个事件视界其实就是黑洞的史瓦西半径，公式为：R=2GM/C²，其中R就是史瓦西半径，M质量，G是引力常数，C光速。可以这样通俗理解：逃逸速度等于光速时计算出的R就是一个天体的史瓦西半径。而想要逃出黑洞事件视界，需要超光速才可以，但宇宙的速度极限就是光速。

那么黑洞里面到底是一个什么状态呢？尤其是奇点，到底是由什么组成的呢？

我们都知道，万物都是由原子构成的，而原子又是由原子核（质子中子）和电子构成。

但是原子仍旧可以被压缩。比如说我们的太阳最终会变成白矮星，白矮星就是太阳死亡过程中向内急剧坍缩形成的。白矮星密度非常高，组成白矮星的物质已经完全不能用元素周期表里的元素解释了。

通常情况下，质量在三个太阳以下的恒星死亡之后会成为白矮星，比如我们的太阳在50亿年之后就会开始向白矮星演化。

白矮星物质密度非常高，原子被压缩得很厉害，但电子仍旧没有被压缩到原子核上，依靠着“电子简并压”支撑着。

何为“电子简并压”？简单讲，两个或者两个一样的费米子（组成物质的基本粒子）不能处于同等状态（比如说电子，不能处于同一个轨道），这就是泡利不相容原理。

这种不相容决定了费米子之间会出现无法相容的压差，白矮星内部就靠压差支撑着，不会继续向内塌陷。

但即便是这样，白矮星密度已经高得吓人了，每立方厘米可以达到数吨，比如今已知的任何元素都要高得多。

密度如此之大，意味着白矮星会吞噬靠近的物体，比如说经常会吞噬附近的恒星，然后质量不断增加，达到一定程度（钱德拉塞卡极限，1.44倍太阳质量），即便是电子简并压也无法抵抗巨大的引力。此时白矮星物质会继续向内坍缩，引发聚变，最终电子被压缩到原子核，与质子结合形成中子，一颗中子星就诞生了。

中子星的密度比白矮星要大得多，每立方厘米达到十亿吨，简直无法想象！

中子星引力巨大，但它并没有因为巨大的引力继续向内坍缩，这是因为中子简并压（与电子简并压类似）与强大的引力保持平衡。但如果中子星质量增大，达到奥本海默极限（三个太阳质量以上），中子简并压再也地方不住引力，中子星就会继续向内塌陷。

于是，黑洞便诞生了！

这里需要强调一下，黑洞并不一定非得是中子星产生的，如果一个恒星质量巨大（通常达到8倍太阳质量），恒星在死亡之后也会坍缩为一个黑洞。

恒星在氢燃料耗尽之后，核心会继续发生聚变，氦聚变，然后是碳，氧等。大质量恒星甚至能一直聚变到铁元素，然后就停止了。

由于铁元素是最稳定的元素，别铁更轻的元素聚变时都会释放能量，而铁元素要发生聚变必须吸收能量才可以。

超大质量恒星在向内坍缩的过程中会产生巨大能量，让铁元素继续聚变成更重的元素，然后发生剧烈爆炸，这就是所谓的超新星爆发。

超新星爆发的过程中，把外层物质喷洒到浩瀚星际空间，成为下一代恒星行星的原材料，最后剩下一个黑洞或者中子星。

超新星爆发非常剧烈，是仅次于宇宙大爆炸的猛烈宇宙事件，如果在100光年内发生超新星爆发事件，地球会瞬间被摧毁。

话说回来，中子星物质的密度已经大得让我们无法描述了，那么组成黑洞奇点的物质到底是什么呢？

目前或许只能用科幻的思想加以描述了，甚至不能用“物质”来描述。

想想看，把中子星里面的中子也完全碾碎了，压缩成体积无限小的奇点，这本身就超出了我们的认知。

即便是在数学领域，“无限”这个概念也带给人类很多不解，曾经制造了三次数学危机，直到目前也没能完全解除危机。

而有黑洞的事件视界是时空的分界线，意味着黑洞内部肯定不再是我们熟知的时空，或许就是传说中的“超时空”，那里也很可能隐藏着我们梦寐以求的终极奥秘！

黑洞是什么？怎么形成的？黑洞里面是什么样子？

问：黑洞通向哪里？

答：让我们从黑洞是什么开始回答这个问题。

黑洞产生于庞大恒星的陨落。恒星的质量非常大，这意味着恒星的引力也非常大，正是引力使你可以站在地球上，而不会飘向太空。

图解：位于M87中心的超大质量黑洞，推估质量达太阳的数十亿倍。这是人类史上第一张直接对黑洞观测的天文影像，由事件视界望远镜所拍摄，发表于2019年4月10日。

恒星是由大量灼热的气体组成的星体，释放出大量的热量，从里往外地推动恒星。

通常来说，引力产生的拉力和热力产生的推力会彼此平衡，但是随着恒星“渐入暮年”，它将燃尽内部的燃料，推力也会逐渐减小。此时引力大获全胜，恒星所有的物质由于引力被向内拉去，最终成为一个点，就是我们所说的黑洞。

黑洞无法逃离

因为黑洞是由大量物质挤在很小的空间而形成的（用物理学语言说叫做密度很大），它能够产生巨大的引力，吸引一切靠近它的东西。

它产生的拉力非常强大，如果你过于靠近它，甚至拼尽全力快速经过它，都免不了被吸过去的命运。这被航天学家称作黑洞表面，一旦落入黑洞表面就绝无可能逃离。

图解：大麦哲伦云面前的黑洞（中心）的模拟视图。请注意引力透镜效应，从而产生两个放大，以星云最高处扭曲的视野。银河系星盘出现在顶部，扭曲成一个弧形。

黑洞之所以叫做黑洞，是因为如果我们给黑洞拍一张照片，照片上什么也看不到，没有光线能够从黑洞中逃逸出来，而相机的原理就是记录光线，你只能看到黑洞周围黑黢黢的一个环。

图解：上：艺术家描绘超大质量黑洞从邻近的星体上抽走物质。左下：超大质量黑洞的X光映像。右下：超大质量黑洞的光学映像。

可惜的是，没有照相机能做到。航天学家们只能通过黑洞拉扯物体，趁物体尚未被完全吸进去的过程来一窥其貌。没有办法看到黑洞里面的样子

所以，黑洞通向何方？

图解：超大质量黑洞从吸积盘中吸积的概念图。

现在，让我们来回答这个大问题：当你进入黑洞之后，会发生什么？答案目前尚不可知，但我们正在试着解答！

一个说法认为，黑洞是虫洞的大门，虫洞连接着两个平行的空间，这意味着你可以跳进黑洞，然后来到宇宙的另一个角落，甚至是一个与我们的宇宙完全不同的平行宇宙。

图解：若地面附近有一个虫洞，它可能是这样的

航天学家花了大量的时间试图描绘虫洞的结构和原理，但除非能找到真正“看到”黑洞的方法，否则我们永远无法得知进入黑洞后是怎样的情景。

也许有一天你会变成一个科学家，解决这些未解之谜，所以继续探索这些神奇的问题吧！

黑洞里面到底有什么东西？

黑洞是一个区域，从黑洞中发出的光所能到达的最远距离就是黑洞最外层的边界，也就是事件视界。掉进黑洞中的物质再也没有任何信息能被我们所观察。在经典的定义中，黑洞是一个极为特殊的区域，我们所观察到的现象是"0+1=0"，掉进黑洞的物质犹如进入了另外一个世界般地彻底消失。因此黑洞边界不减的发现有重大的意义。

　　我们再用热力学来分析一下就会更清楚了。

　　热力学第二定律指出："一个孤立的系统的熵总是增加的，并且两个系统合为一个系统时，其合并系统的熵大于所有单独的熵的总和。"（熵就是物质运动的无序度、混乱度）例如有个被中间的一个挡板分割为两半的密封盒子。盒子的左半部充满空气右半部真空。当抽去挡板后，气体分子会均匀地充满整个盒子。由于气体所占的体积增大了，它的无序程度也就增加了，我们说气体的熵增加了。如果盒子的左半部充满氧气，右半部充满氮气。当把挡板抽去后，两种气体将均匀地混合并充满整个盒子。这种状态比原先分开的气体的状态更无序，熵也增大了。

我们不妨设想，如果这些气体落到了黑洞里，由于我们无法测量到黑洞中的状态，只能认为黑洞没有熵，那么黑洞外界的总熵就会减小，换句话说，宇宙的总熵减小了。这无疑使体系严密而完整的热力学十分尴尬。我们固然可以说，将黑洞里的熵也考虑进去的话，宇宙的总熵并没有降低--但我们需要一个标志黑洞熵的物理量。

　　黑洞事件视界不减的性质使我们不禁联想到，事件视界面积就是黑洞的熵。

　　虽然二者之间有很多相似之处，但是将二者等同起来还有一个致命困难：任何一个具有熵的物体都将有温度--假如黑洞有熵的话，也将不能例外；而且有温度的物体必然向外发出辐射。这与黑洞的定义显然矛盾。

　　前苏联两位科学家雅可夫·捷尔多维奇和亚历山大·斯塔拉宾斯基在1973年根据量子力学的不确定原理计算出，旋转黑洞应产生并向外辐射粒子。同年，霍金计算出即使是不旋转的黑洞也以不变的速率产生和辐射粒子，而且令人惊奇的是，黑洞辐射出的粒子谱刚好是一个非常准确的热谱（热的物体辐射的谱），显示着黑洞正以严格的速率辐射粒子以保证热力学第二定律不被违反。霍金等人的研究使大家看到，黑洞具有有限的熵，因为它能以一个不为零的温度保持热平衡而这个熵恰恰就是黑洞的事件视界面积！

　　经典物理学中定义黑洞不能向外发出辐射，而量子力学却允许粒子从黑洞中逃逸出来，这种现象如何解释呢？霍金作了如下解释来帮助人们理解。

　　由于量子力学的不确定性原理指出，粒子的位置和速率不能同时被测出（爱因斯坦所谓的"上帝在掷色子"），因此我们的宇宙空间不能是"真空"，否则就意味着引力场和电磁场等必须恰为零，那么它们的数值和时间变化率将同时被固定为零，这违反了"测不准原理"。既然场不为零而且"测不准"，那么场的数值就会有一定的起伏，人们将这些量子起伏理解为光或引力的粒子对。它们同时出现并互相离开，然后又互相靠近而湮灭（这种量子起伏已经被实验精确地证明）。这对正反粒子中一个粒子的能量为正，另一个能量为负，其能量和为零以遵守"能量守恒定律"。如果这对粒子恰好在黑洞的边缘出现，其中一个粒子落入黑洞里，另一个粒子由于找不到相互湮灭的"伴侣"而获得自由逃逸出去。对于在远处的观察者来说，这就象是从黑洞中辐射出来的一样。

　　我们知道，一个物体越靠近引力场的中心，它的能量就越小，因为远处的物体需要花费更大的能量来抵抗吸引力，尽管如此物体的能量仍然是正的。而黑洞的引力场是如此的强，以致于落入它里面的粒子的能量变为负值，这就使黑洞的总能量减少。根据爱因斯坦著名的质能方程E=mc^2，落入黑洞的质量由于能量的减少而减少，黑洞的事件视界面积随之减小。从黑洞外观察，黑洞辐射产生的熵补偿了物质落入黑洞而减少的熵；从整个宇宙的范围考虑，质量守恒、能量守恒及热力学第二定律均被不折不扣地遵守着。

　　由于黑洞质量越小，其引力场就越小，粒子逃逸的过程就变得越容易，因此黑洞粒子的发射率和其表观温度就越大。黑洞向外辐射粒子导致黑洞质量减小，进一步导致了辐射速率和温度的上升，因而黑洞的质量就减小得更快！当黑洞的质量变得极小的时候，它将在一个巨大的、相当于几百万颗氢弹爆炸的发射中结束自己的历史！具有太阳质量的黑洞只有千万分之一度的绝对温度，这要比2.7K的宇宙微波辐射温度低得多所以这种黑洞的辐射小于吸收。如果宇宙永远膨胀下去，微波辐射的温度最终将减小到比这种黑洞的还低，黑洞就将开始损失质量。它的温度实在太低了，以致于需要一百亿亿亿亿亿亿亿亿（1的后面跟66个0）年才蒸发完，这远大于宇宙的年龄了！而我们上一章谈到的太初黑洞更高的温度。一个10亿吨的太初黑洞的尺度只有10的负13次方厘米的半径（质子的尺度），它的寿命大体和宇宙相同，而比这质量还小的黑洞已经蒸发完毕；比它稍大的黑洞仍在发射着X射线或伽玛射线，其能量相当于十个大型核电站的功率。不管你相不相信，这些黑洞并不黑，正相反，它们是白热的！科学家们计算出，每立方光年中又大约300个太初黑洞。由于它们辐射出的伽玛粒子的极少因此观测它们十分困难。我们在这一章中看到，科学定律并没有在黑洞奇点处完全失效。这使我们看到了希望，也许奇点可以避免！

黑洞连光都会吸进去，它是宇宙中最黑的天体吗？其实它是最明亮的

黑洞是宇宙中引力最强大的天体，大到无所不吸，就连光子这种没有静止质量的基本粒子都能被它吸过来，因此当光经过黑洞附近的时候也会被黑洞吸到里面，那么从理论上来讲，黑洞肯定是宇宙中最黑暗的天体了，它比理论中存在的黑矮星（恒星死亡后的最终产物）还要黑，因为黑矮星只是不发光没有热辐射了而已，当有光照射到它表面的时候，它多多少少还是会反射一些光线的，然而黑洞却根本不会反射光线，它只会把光线吸进去，而且无论是光线还是其他物质，只要被它吸进里面，就不会再出来了，所以理论上讲，黑洞肯定是最黑暗的天体。

然而奇怪的是，宇宙中的黑洞有很多都非常明亮，甚至有的都是宇宙中最明亮的天体，比如类星体，这种天体明亮程度高得吓人，有的类星体的亮度甚至远超有着几千亿恒星的星系，比如ton618，这个类星体的亮度相当于我们有着2000亿恒星的银河系的2万倍，或者相当于140万亿个太阳的亮度。

那为什么有的黑洞会这么亮呢？其实这些光并不是黑洞本身发出的，而是围绕黑洞高速旋转的吸积盘发出来的，前面讲了，黑洞是宇宙中引力最大的天体，所以它会吸引宇宙中的其他天体等很多物质到它周围，比如黑洞吸引了一颗恒星，那么它可以在很远的距离上就开始吸食这个恒星上的物质，并在自己的周围形成吸积盘。

而它在吸收恒星物质的时候，强大的引力会把所吸过来的物质拉碎，其实无论是恒星、行星，还是小行星，乃至白矮星和中子星，只要到了距离黑洞足够近的距离上，都会被它拉碎，所有液态固态气态乃至等离子态的物质，都会被它拉碎成基本粒子，就连原子到了它的视界范围附近都难以存在，而它在将物质拉碎成基本粒子的过程中，会有大量的能量被释放出来，这些物质和能量就组成了黑洞周围明亮的吸积盘，其温度甚至比中子星碰撞的温度还高，可达数千亿摄氏度，因此光度也极其高，于是它就成了一个“明亮的黑洞”。

天文学家们认为，黑洞在宇宙中是大量存在的，仅仅在我们的银河系中就存在数百万个，这些黑洞都很黑吗？不是的！可以说宇宙中并没有完全黑暗的黑洞，这是由于如今宇宙间的物质丰度还是很高的！黑洞的周围多多少少都会有物质存在！那么既然有物质的存在，黑洞就不会停下吸食的过程，因此总会有些物质被黑洞拉碎成基本粒子同时释放出能量，所以黑洞都多多少少会发出一些光，只是大部分黑洞基本都清空了自己周围的空间，能吸收的物质都已经极少，其通过让物质解体成基本粒子释放的能量也都是很少的，其发出的光当然也非常少。

另外，黑洞还会轻微地发出\"霍金辐射\"之光。该辐射的粒子包括光子、中子和少量的各种有质量的粒子，不过这还从未被观测到过，不过对大多数黑洞来说，无论是让物质解体成基本粒子还是霍金辐射，其发出的光线相对恒星来说基本都可以忽略不计。因此黑洞也就很不容易被发现了，虽然有的类星体式的黑洞极其明亮，但是大部分的黑洞仍然是宇宙间最黑暗的存在。

黑洞里的一个小时，相当于地球上的多长时间？

世界上有许许多多的未解之谜，等着我们一一地去探索，去发现。黑洞就是一个谜一样的地方，之前有过一些事件，就是飞行员把飞机不小心开进了黑洞里，所有人都以为他们已经失踪了，他们又重新出现了，然而他们出现了的时候，家里已经发生了天翻地覆的变化，可能家里的女儿早就已经白发苍苍，自己的伴侣已经去世，可是据他们所说，只是在黑洞里呆了几分钟就出来了。那么这究竟是为何呢？很显然，黑洞里的时间流逝与地球上截然不同。那么在黑洞里的一小时，又相当于地球上的多长时间呢？

在《星际电影》中有提到一些关于黑洞的内容，在这里面有一颗行星，它的名字叫做米勒。小时候看电视剧的时候，经常能看到有一些情节里不仅仅是有人间，还有天庭，这种时候就会提到天上一天，凡间就是一年。

其实这个说法并不无道理，只是说，这个讲的是虚无缥缈的虚拟世界，现实生活中，也是有这样子的时差出现的，就是黑洞。

话说回来，这颗叫做米勒的行星上的时间跟地球上就是截然不同的，如果在米勒行星上停留一小时，那么可能地球上已经度过了一年四季，这个时间的流逝可比刚刚提到的要快上很多倍，可是这终究也不是真实的，只不过是猜测罢了。

爱因斯坦提出过相对论，根据爱因斯坦的一些言论来推测，如果有个地方引力很大，那么这个地方的时间流逝可能就是越慢的。因为这个言论，就也有过一个说法，就是人在跳伞、蹦极之类的高空运动的时候，由于加速降落，引力变大，就会使时间流逝的慢。

虽然这么说是没有错的，可是单单仅凭跳伞蹦极之类的就想要让时间流逝变慢的几率并不大，因为跳个几百回伞可能只会慢那么一两秒。黑洞周边的引力可不是像跳伞蹦极这样子的，它的引力会比跳伞蹦极大得多，所以它的时间的流逝速度也就慢得多，甚至是接近于完全不流逝。

每个黑洞的引力都不甚相同，所以每个黑洞流逝的时间就会不一样，可能在这个黑洞的一小时等于地球上的五六年，在另一个黑洞的一小时，在地球上就变成了七八年，这都是有可能的。宇宙中，还有许许多多的奥秘，等着人们去探索发现。