黑洞，宇宙中的终极王者
2016-09-30
黑洞，宇宙中的终极王者，最不可思议、特立独行的怪物，竟如此普遍地存在于几乎每个星系之中。它无情地吞噬着靠近它的所有物质，也难免被其他黑洞吞噬，也可能迎来爆炸或者蒸发的结局。
毫不夸张地说，黑洞的存在深刻地影响着宇宙的格局，对黑洞的理解左右着人类对宇宙未来的预测。对黑洞的研究则将为我们带来一个能够将相对论和量子力学统一起来的“大一统”理论，带来这一理论的科学家也必将继牛顿、爱因斯坦之后，成为人类史上最伟大的物理学家。
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早在18世纪，基于牛顿力学和牛顿支持的光的微粒说，英国科学家米歇尔提出，恒星的引力会吸引光粒；恒星越大，其抓住光的引力也就越强，因而光的速度有减缓的可能。
在米歇尔设想的极限情形——当恒星的质量大到一定程度时，“所有的光都会被恒星的引力拖拽回去”。这就像是从喷泉喷射出的水花，达到最大高度后，又回落到水池中去。如果恒星辐射的所有光粒子皆无法继续向外逃逸，恒星将是永远看不见的——在天空中，它只是一个黑暗的斑点。
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根据爱因斯坦于1915年提出的相对论，时间和空间不再是绝对的。它们合并为一个新的量：时空。时空在质量的影响下可发生弯曲，用黎曼几何建立的模型可以更清晰地描述相对论。
然而，当德国科学家史瓦西在他的研究中试图把时空中心即恒星所在的位置设为新的坐标系原点时，他陷入了巨大的困境。时空在这种情形下会变成一个无底洞。这开启了现代意义上的黑洞概念的漫漫旅程。
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1935年，印裔科学家钱德拉塞卡通过研究白矮星——一种极为致密而体积极小的恒星，得出结论：白矮星有质量极限；一旦超过这个极限，白矮星将发生坍缩，坍缩的结果是形成一个半径非常小、小到在天体物理学上没有任何实际意义的点。
对此，英国天文学权威爱丁顿发表了他那注定以后会经常被引用的声名狼藉的宣言：“必定会有一条自然定律来阻止恒星的这种荒唐行为！”在场的观众哈哈大笑。
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奥本海默是美国的原子弹之父，但在他短暂地介入理论物理学研究的期间，与其学生斯奈德共同得出了极为重要的研究成果：中子星也有质量极限；一旦超过这个质量极限，恒星将会无限制地持续收缩；引力接管了一切，而不断坍塌中的恒星的所有物质将陷于永久的跌落状态中。最终的结果是，中子星将被挤压为一个密度无限大、体积无限小的点。
可惜的是，奥本海默和斯奈德在《物理评论》上的论文发表于1939 年9 月1 日，就在同一天，希特勒下令进攻波兰，从而爆发了第二次世界大战。因而，他们的论文几乎没有引起任何关注。
巧的是，在他们的论文发表一个月后，爱因斯坦也发表了一篇论文，试图证明这种天体是不可能形成的——甚至，连爱因斯坦本人也不相信黑洞。
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1952年，约翰•惠勒开始在普林斯顿大学讲授相对论课程。惠勒如同一个深入敌后的人，其真实目的是——试图排除奇点，将奇点从这个丑陋的点从宇宙的脸上抹去。
惠勒罗列了一个清单，一一考虑其中的因素是否可阻止奇点这个宇宙怪物的形成。而他研究的结果是：奇点不可避免。于是惠勒完全倒戈，成为黑洞学说的最大拥趸。
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由于宇宙的膨胀和光速的恒定，人们无法观测到黑洞的内部。黑洞模糊的边界被称为“视界”。假设你能以某种特殊手段来到黑洞附近，且即将穿越视界进入黑洞，你会有怎样奇异的经历？
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若你脚先进入，身体会被拉长为“面条”。从广义相对论的角度来看，你一旦越过视界就不可能再回来，前面等待你的唯一事物就是黑洞中心。
在你向黑洞中心落下去的过程中，吸引你的力会增大。而且，引力增长得如此之快、如此之大，以致拉拽你的脚的力会远远大于拉拽头的力，所以你的身体会被拉长，长得像面条一样。有人像模像样的把这种现象称为“面条效应”。
而在被拉伸为面条的同时，你会被黑洞的潮汐力彻底撕碎。在恒星级黑洞的内部，一眨眼的工夫，还不到一毫秒的时间，你的身体会被压缩为细胞，细胞压缩为原子，原子压缩为基本粒子，粒子压缩为夸克，夸克被压缩为什么还有待发现。
无论最终的碎片是什么，都会被吸入黑洞中心密度无穷大而体积为零的奇点——最后的实体蹲踞在黑洞深处，正如惠勒喜欢说的那样：有质量，无物质。
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1971 年，基于X 射线探测卫星乌呼鲁获取的数据，一个非典型射电源——天鹅座X-1，被暂定为黑洞。
1974年，基普•索恩和霍金就天鹅座X-1 是否真的是黑洞打了一次赌，霍金赌它不是黑洞，而索恩赌它是。这次豪赌的赌注是赢家将为输家订阅色情杂志。
“1990 年6 月的一个深夜，我还在莫斯科，与苏联的同行们做一项研究。”索恩后来讲述道，“史蒂芬和他随行的家人、护士及朋友突然大张旗鼓地闯进我在加州理工学院的办公室，找到那张写着赌约的信纸，史蒂芬在上面简短地写了说明性文字，又印了拇指印，表示认输。”
索恩赢得了赌注——霍金为他订阅了一年的《阁楼》。
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2016 年，LIGO（激光干涉引力波观测站）科学合作组织的专家向全世界宣布，人类首次直接探测到了引力波。这次探测到的引力波是双黑洞合并时发出的。这项成果成为黑洞存在的无可置疑的明证，同时也证实了恒星级双黑洞系统的存在。
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曾几何时，和人们对“外星人”的看法一样，“黑洞”概念荒诞无稽，纯属奇谈怪论，而现在则家喻户晓。
黑洞不再是荒诞不经的怪物，而是宇宙的重要组件。在每个发育完全的星系中心，似乎都存在着超大质量的黑洞，而星系的命运很可能就掌握在它们手里。
现代观测望远镜已大幅拉近了我们和位于我们银河系中心的那个巨大黑洞的距离，人类很快就能一睹其风采。
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