黑洞

在宇宙中，一个天体形成黑洞，基本上就是在它死亡的时候。当一颗恒星到了生命后期，星球里面的燃料燃烧完了，就没有任何的力够阻止引力的坍缩。如果它本身的质量足够大，这时候就可能形成一个黑洞。 不过在大部分时间，一颗恒星都是保持稳定的。

一颗恒星之所以它能够保持稳定，是平衡了两种力，一个是因为它本身是物质，物质场是往内坍缩的力。另一个是通过核聚变，从里面往外有一个压强。这个压强，就抵消了这个引力场往内的力。就比如银河系的太阳。

因为不同的恒星大小不一样，它们“死亡”之后，有些会形成黑洞，有些不会。恒星死亡的规则看起来很简单，如果恒星不是那么大，那么它会燃烧成一个叫做白矮星的富含碳的残余物。如果它足够大，恒星就会爆炸，超新星爆炸等，或坍塌形成中子星或黑洞等。

霍金证明，每个黑洞都有一定的温度，而且温度的高低与黑洞的质量成反比例。那么黑洞是怎么形成的呢?小编在此整理了黑洞形成的条件，供大家参阅，希望大家在阅读过程中有所收获!

黑洞的毁灭

黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。当英国物理学家史蒂芬·霍金于1974年做此预言时，整个科学界为之震动。

霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论，他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。

假设一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近的话就会有两种情况发生：两粒子湮灭、一个粒子被吸入黑洞。“一个粒子被吸入黑洞”这一情况：在黑洞附近创生的一对粒子其中一个反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生，我们设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量，而反粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子的为之相反的运动过程，如一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子从黑洞逃逸。这一情况就是一个携带着从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的总能量少了，而爱因斯坦的公式E=mc^2表明，能量的损失会导致质量的损失。

当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。这样，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失得更快。这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，因为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。

黑洞形成的条件介绍

黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不可见。黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程;某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的力量，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量——γ射线。

也可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生聚变。

由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素，接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定，参与聚变时不释放能量，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”，是因为它的密度无穷大，从而产生的引力使得它周围的光都无法逃逸。跟中子星一样，黑洞也是由质量大于太阳质量好几倍以上的恒星演化而来的。

当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢)，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径)，质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。

黑洞(Black hole)是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度无限大，体积无限小的天体，所有的物理定理遇到黑洞都会失效。

1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild,1873～1916年)通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱.这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇巴德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名为“黑洞”.

在茫茫宇宙中，有一种天体像"猛兽"一样，它可以吞噬任何东西，如原子、尘埃、巨大的恒星……甚至连光都无法逃脱。只要被它吞进去，一切都会消失得无影无踪，就像掉进了无底深渊。科学家们把它称为“黑洞”。

广义相对论预言的一种奇怪结构——虫洞，是连接两个在时间和空间上相距甚远的区域的捷径。因此，实现时空旅行是许多人的梦想。然而，科学家目前从未证实虫洞的存在，更不用说通过它们了。

最近，加州大学圣巴巴拉分校的傅子超、陈伶俐·格雷多·怀特和唐纳德·马洛法在图书馆网站上发表了两篇论文。他们已经建造了一个可以穿过虫洞的新模型。根据他们的研究，这样的虫洞可以存在于宇宙常数等于0的时空中。

拓扑宇宙审查原则

在格雷多-怀特等人的论文中，他们首次证明了可以穿过的虫洞在一般的空间和时间中是不存在的，而这背后的物理原理就是“拓扑宇宙审查原理”。

早在1993年，物理学家弗里德曼、施莱歇、威特等人就发表了关于拓扑宇宙审查原理的论文，这可以看作是相对论专家彭罗斯1969年提出的“宇宙审查猜想”的延续。

宇宙审查猜想指出，一个旋转的带电黑洞不能旋转得太快，因为巨大的旋转角速度将暴露黑洞视界所包围的奇点，这违背了相对论的因果关系。但是彭罗斯不能从数学和物理学的角度证明这个猜想，所以他认为需要像上帝一样的“宇宙审查”来禁止黑洞暴露奇点。

到1993年，宇宙审查假说还没有被证明，但是弗里德曼、施莱奇和维特等人继续提出拓扑宇宙审查原则。为了理解这个原理，我们必须首先理解零能量条件。

在时间和空间中，光子的轨迹是一条类似光的曲线，这条曲线在时间和空间的每个点上都有一个切向量，它被记录为类似光的向量(K)。此外，爱因斯坦的引力方程包含一个表征物质信息的能量动量张量。t是二阶张量，可以看作是一个矩阵。k是一个向量，可以看作一个列向量。因此，当t乘以2k时，就得到一个数。对于所有普通物质，该数值大于或等于0，这是类似光的能量条件:

根据拓扑宇宙审查原理，如果宇宙中物质的能量动量张量不破坏类光的能量条件，时空就不会有特殊的拓扑结构。换句话说，时空应该在拓扑上等同于简单的几何，如四维欧几里德空间和四维球体，不应该有奇怪的拓扑结构，如自行车内胎。虫洞是一种奇怪的拓扑。因此，根据拓扑宇宙审查原理，正常时间和空间中不存在可穿越虫洞。

必须违反类似光的能量条件

那么，虫洞何时能存在并被物质穿越？

虫洞作为空间和时间的拓扑结构，受到爱因斯坦引力场方程的限制。爱因斯坦引力场方程的左边是空间曲率，而右边是能量动量张量。

可穿越虫洞的存在有一个基本原则，即物质场的能量动量张量必须违反类光能量条件。

任何可穿越的虫洞必须由违反类光能量条件的“负能量”支持。换句话说，如果一组光子想要穿过虫洞，那么对应于该组光子的测地线就不能在虫洞中会聚，这就需要著名的印度物理学家阿玛尔·库马尔·拉乔杜里提出的方程。

哈佛大学研究虫洞理论的物理学博士高平告诉《全球科学》:“从理查森方程可以看出，在虫洞中，光不会击中奇点，除非物质场的能量动量张量违反类似光的能量条件——在这种情况下，聚焦在虫洞一端的光在离开虫洞另一端时会散射，从而可以逃离虫洞。”

因此，拓扑宇宙审查原理和Richardfuli方程都指向同一个结论:“如果你想穿越虫洞，你必须有违反类光能量条件的负能量！”

用宇宙弦建造虫洞

在格雷多-怀特等人的论文中，他们构建了一个可以通过的虫洞。

首先，它们需要两个带电的黑洞，而这两个黑洞的电荷是相反的。换句话说，一个黑洞带正电，另一个黑洞带负电。(虽然这种带电黑洞在真实宇宙中并不常见，但理论上它们可以存在于宇宙常数等于0的正常时空中。)为什么黑洞应该带电？这是因为带电黑洞内部的奇点可以被拉伸和扭曲，形成一座通向另一个带电黑洞的桥梁，这是科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

然而，虫洞的雏形是不够的。因为带电黑洞之间存在万有引力和电磁力，这些力是相互吸引的，它们会使两个黑洞相互靠近，从而无法构建一个稳定的虫洞。

那么，如何稳定虫洞？他们想到了宇宙弦。

宇宙弦是弦理论的一个理论模型，它可以被看作是大爆炸后时空结构冻结时形成的一个奇怪的物体，具有很强的张力(弹性)。如果早期宇宙中出现的弦随着宇宙的膨胀而扩大，它们可能成为大尺度的宇宙弦。这种宇宙弦可以长达数万光年，成为连接两个黑洞的管道。在他们的论文中，格雷多-怀特和其他人使用了两条宇宙弦。

如下图所示，蓝色宇宙弦是一条闭合的弦，可以振动产生负能量。他们计算了这些负能量对时空几何的影响，发现它确实可以防止虫洞坍塌。黑色宇宙弦是连接两个带电黑洞端口的开放弦，依靠宇宙弦的巨大张力来阻止两个黑洞彼此靠近。

这个解决方案使得虫洞不仅稳定，而且可以穿越。穿越这个虫洞所需的时间与距离和光速的商的数量级大致相同。因此，这是一个“快而慢”的虫洞。然而，在Marda Sinar等人提出的永久虫洞中，穿越时间要长得多。这种永久的虫洞不适合星际旅行，而只是为了避免星际战争。

以往对可穿越虫洞的研究大多与反德西特时空(宇宙学常数为负)有关，而最新的研究构建了一个可穿越虫洞，它可以存在于宇宙学常数为0的时空中，这使得整个研究看起来更加真实。

宇宙中有许多天体，黑洞是其中最神秘的。因为它们不容易被直接观察到，所以科学家对黑洞知之甚少。只知道黑洞有很强的吞噬能力，可以吞噬一切，靠近它的物体，光和电磁场也不例外。银河系中有许多黑洞。我相信每个人都知道在我们银河系的中心有一个超大质量的黑洞，它属于星系级黑洞。

事实上，黑洞的质量也有大有小，恒星黑洞的质量与恒星相同，可以达到太阳质量的3到100倍。银河系中心的大质量黑洞属于星系级黑洞，质量可达太阳的431万倍。在银河系中，稳稳地坐在老板的位置上，其他黑洞几乎无法与他相比。

实际上在恒星级别有许多黑洞，那么在星系级别和恒星级别之间有多少个黑洞呢？也就是说，中等质量的黑洞。科学家们继续探索并认为中等质量的黑洞通常比太阳质量高100万到10万倍，但是目前，这样的黑洞很少被发现，因为它们非常罕见。银河层和恒星层之间的大多数黑洞应该出现在宇宙形成之初，但是没有办法把它们转化成巨大的黑洞，因为没有太多被吸收的物质。

其他一些科学家认为，许多恒星级黑洞也有可能在合并后形成，但这样的黑洞也很少，因为许多恒星级黑洞合并在一起需要很长时间。

日本天文学家以前曾在银河系中观察到一种恒星重力现象，这也可能表明一个黑洞将一颗恒星撕成碎片并产生一种耀斑现象。很有可能在这个地方藏着一个黑洞，科学家认为黑洞的质量是地球的30，000倍，是一个中等质量的黑洞。

“事件地平线望远镜”项目是由世界上许多国家的研究人员合作完成的，它将在今天发布一项“突破性的成就”，这被广泛认为是人类获得的第一张黑洞照片。早在1915年，爱因斯坦就发表了他的广义相对论，并且是第一个预测黑洞存在的人。100多年后的今天，人类有望第一次“见证”黑洞。

人类历史上第一张黑洞照片今天出版了。

根据“事件地平线望远镜”(EHT)项目官方网站发布的消息，“事件地平线望远镜”的第一个主要成果将于10日东部时间9: 00(北京时间21: 00)在华盛顿、中国、上海和台北、圣地亚哥、比利时、布鲁塞尔、丹麦和东京发布。

公众舆论普遍认为这将是人类拍摄的第一张黑洞照片。

据报道，10日，一些重要嘉宾将出席在美国华盛顿国家记者协会举行的新闻发布会，包括“事件地平线望远镜”项目主任、哈佛-史密森纳天体物理学中心高级天文学家谢泼德·多门特和该项目重要资助人、国家科学基金会主席弗朗西斯·科尔多瓦。

“关于黑洞的历史性公告”写在美国国家科学基金会官方网站首页的新闻发布会介绍中。

在上海，EHT项目和中国科学院将联合发布这一重大成果。

什么是黑洞？

理论上，黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的天体。它的超强引力使得光不可能逃脱它的影响范围，这就是所谓的黑洞半径或视界。

黑洞这个术语是由美国天文学家惠勒在1968年的一份报告中提出的。

然而，黑洞的概念早就被科学家通过数学公式推导出来了。

例如，1796年，法国科学家拉普拉斯在他的书中写道:如果有一颗恒星的密度与地球相同，直径是太阳的250倍，那么它表面的逃逸速度将超过光的传播速度。这颗星应该是明亮的，但是从远处看，它是绝对黑暗的，你看不见它。

关于黑洞，法国天文学家卢米恩也说过几句话:“黑洞是恒星死亡后的一种碎片。这是引力收缩的极端点，这几乎是荒谬的(这意味着它的一些性质不能用现有的物理知识来解释)。但它也是宇宙中最精致的天体。理解黑洞并深感困惑，将使我们进入一个更深的新视野，展示时间、空间、光和物质的深刻本质。”

在宇宙中，质量天文学家将宇宙中的黑洞分为三类:恒星质量黑洞(太阳质量的几十倍到几百倍)、超大质量黑洞(太阳质量的几百万倍)和中等质量黑洞(介于两者之间)。

黑洞真的存在吗？

人类根本看不见黑洞，所以我们怎么知道黑洞是真的？

由于黑洞本身不发光，它们“吞噬”光并且难以直接探测，科学家只能用一些间接的方法来探测黑洞——比如观察吸积盘和喷流。

1978年，Luminee给出了黑洞视界的第一张图像。然而，这不是一张真实的照片，而是他在20世纪60年代用数学知识和相关技术以及一台IBM 7040穿孔卡计算机对黑洞场景进行的计算机模拟。

利用计算机模拟产生的数据，Luminee用钢笔和印度墨水在底片上描绘黑洞，整个过程就像一台人体打印机。这张模糊的图像显示了当观察者足够近时，一个扁平的圆盘落入黑洞的场景。

在EHT项目启动之前，天文学家通过各种间接证据证明了黑洞的存在。有代表性的证据主要有三种:第一，恒星和气体的运动揭示了黑洞的痕迹。黑洞有很强的引力，会影响周围的恒星和气体。科学家可以通过观察这种效应来确认黑洞的存在。二是根据黑洞吸积物质发出的光来判断黑洞的存在(相当于“吃”)；第三是通过黑洞的成长过程来“看”它。

此外，还有许多类似的证据，所有这些都表明黑洞确实存在。

这张照片花了大约两年时间“冲洗”

在琉米爱尔绘制出黑洞视界的第一幅图像40多年后，人类将首次见证黑洞的“真面目”。

2017年4月，EHT项目启动。

EHT通过VLBI和世界各地的几个无线电观测站的合作，建造了一个与地球直径相同口径的“虚拟”望远镜，即事件地平线望远镜。

早些时候，该项目宣布用这个虚拟望远镜“拍摄”的焦点是两个黑洞，一个是位于银河系中心的“人马座A*”，另一个位于超大质量椭圆星系代码M87的中心。

据媒体报道，EHT的“八眼”位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极。这八架射电望远镜既有单反射镜，也有望远镜阵列。他们向选定的目标撒下一张大网，检索大量数据，勾勒出黑洞的形状。

此外，EHT项目是全球200多名研究人员共同达成的一项重大国际合作计划。值得一提的是，包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构也参与了这一国际合作。

据报道，黑洞照片的“开发”花了大约两年时间。

神秘面纱后面的黑洞到底是什么样的？人们期待着答案宣布的时刻。

黑洞不是人们想的那样。它们一直呆在同一个地方，吞噬周围的物质。最终，它会平静下来，因为所有周围的物质都被吸干净，耐心地等待下一个“猎物”经过。

当黑洞发现新物质时，它将再次开始“吞噬”并同时喷射出巨大的粒子束。但是今年早些时候，科学家声称他们第一次捕捉到了同一个黑洞，并且两次喷射出粒子束。

这两个黑洞相隔10万年，证实了超大质量黑洞有一个休眠和觉醒的周期。

黑洞不是动物性的，它们没有生命，也没有意识，但是它们利用巨大的重力将周围的外部物质吸进内部的方式非常类似于动物的狩猎行为。

我们已经习惯了“黑洞会吞噬周围的一切”的说法，但有趣的是，黑洞不会吞噬一切，而是会“吐出来”。

当它们吞噬气体或恒星时，它们也会在地平线附近产生一股强大的高能粒子流，并被保持在一个不会永远消失的点上。

博尔德科罗拉多大学的研究员朱莉·科默福德说:“黑洞是贪婪的掠食者，餐桌礼仪也不好。”

“我们之前已经捕捉到几个黑洞打嗝，但那只向外喷射出一个粒子束。然而，这一次我们观察到了一个星系中的黑洞，它喷射出了两股粒子流。

这个超大质量黑洞位于一个叫做SDSS J1354+1327(简称J1354)的星系的中心。该星系距离地球约8亿光年。在钱德拉太空望远镜中，黑洞被证明是非常明亮的强X射线源，甚至是太阳的数百万或数十亿倍。

研究人员将钱德拉太空望远镜的数据与哈勃太空望远镜的可见光图像进行了对比，发现黑洞被一层厚厚的灰尘和气体所包围。

科默福德说:“我们观察到一个与理论推测一致的现象。黑洞吃了一顿饱饭，打嗝，打了一会儿盹，然后醒来吃东西，打嗝，重复这个循环。幸运的是，在观察这个星系时，我碰巧看到了黑洞两次物质喷射留下的证据。”

这是气体中的两个气泡，一个在黑洞上方，另一个在黑洞下方。研究人员计算出这两个气泡出现在不同的时间。

较低的气泡从J1354星系中心向外膨胀了约30，000光年，而较高的气泡向外膨胀了3，000光年。这些费米气泡通常是在进食后在黑洞中发现的。

根据这两个气泡的运动速度，科学家认为这两个进食事件之间的时间间隔约为10万年。

这个黑洞究竟吃了什么才能进入并使它如此难以消化？另一个星系。

J1354有一个相邻的伴星系，通过星系间的碰撞连接在一起。来自第二个星系的物质向黑洞旋转，然后被吃掉。

丽贝卡·内文说:“我们发现上面的气泡与冲击波的前沿相一致，而下面的气泡与黑洞早期的喷射相一致。”

银河系的人马座A*在一次喂食事件后也有一个费米气泡，黑洞也在它的中心。就像J1354星系中黑洞的活动周期一样，天文学家相信人马座A*也会再次被吞噬。

这项研究发表在美国天文学会第231次会议和《天体物理学》杂志上。

蝌蚪工作人员从科学警报，翻译李同信，转载必须授权

美国卡内基科学研究所的科学家发现了历史上最遥远的超大质量黑洞，其质量是太阳的8亿倍。这与今天在宇宙中发现的黑洞非常不同。以前发现的黑洞质量很少超过太阳质量几十倍。

麻省理工学院的物理学教授罗伯特·辛科说:“这是一个超大质量的黑洞，但是宇宙太年轻了，不应该存在。宇宙不足以创造出如此巨大的黑洞，这很令人费解。”

美国宇航局表示，科学家们推测，一定有特殊的条件允许黑洞快速成长，但究竟是什么仍然是个谜。

物理学家组织网络最近报道称，对阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的最新观测推翻了天文学的常识，即即使在银河系最不稳定的区域，恒星也可以诞生，而恒星可能存在于整个宇宙中。

人马座A位于距离地球26000光年的银河系中心，那里有400万个超大质量黑洞，质量相当于太阳。由于其强大的潮汐力和强烈的紫外线和X射线辐射，射手座A被认为不利于恒星的诞生和形成，特别是像太阳这样的低质量恒星。然而，发表在《天体物理学杂志快报》上的研究数据显示，在距离人马座A黑洞中心仅3光年的地方，发现了11颗年轻恒星，它们的寿命约为“600万年”。

大量星际尘埃覆盖了黑洞区域，将它隐藏在光学望远镜的“视野”之外。阿尔玛可以穿透尘埃，帮助天文学家以极高的精确度和灵敏度更清楚地了解这个动荡的地方。

研究小组发现了这些年轻恒星喷流的典型“双叶”特征。这些恒星被旋转的尘埃和气体圆盘所包围，这些圆盘将物质吸收到旋转的圆盘中，并以高速喷射的方式从恒星的北极和南极喷射出来。这种形状标志着恒星形成的早期阶段，“双波瓣”中的一氧化碳分子在毫米波长的光中非常明亮。

“这一发现证明了惊人的恒星形成发生在人马座A附近的云中，”美国国家射电天文台的阿尔·沃顿说。尽管条件并不理想，但它们给了天文学家形成恒星的其他方法。"

这张照片显示了LIGO在2017年11月17日发现的五起合并中涉及的大量黑洞。(照片来源:LIGO)

黑暗的宇宙中潜伏着一群怪物，天文学家正在试图理解它。

这些怪物是成对的黑洞。它们的质量大约是太阳的五到十倍。它们相互碰撞形成更大的黑洞。本周，激光干涉引力波观测站(LIGO)的科学家宣布，他们在今年夏天早些时候发现了另一种由黑洞组合而成的引力波信号，这是自2015年以来的第五次，涉及到一些LIGO之前探测到的最轻的黑洞。

“我们正以前所未有的方式了解黑洞，”西北大学博士生、LIGO研究员伊芙·蔡斯说。

兴风作浪

LIGO的目标是探测空间本身的引力波或涟漪。爱因斯坦证明了像恒星和行星这样的非常大的物体对宇宙的影响就像扔在床垫上的保龄球一样(他还说时间和空间有着根本的联系，他称之为空间的组织)。当大量物体在空间和时间上快速运动时，就会产生引力波。

2015年9月14日，LIGO首次直接探测到引力波。这是爱因斯坦第一次预测引力波后的100多年(2016年2月宣布探测)。时空波纹来自两个相互包围的黑洞。他们越来越近，直到最后相撞。LIGO探测到的所有五个黑洞合并都涉及所谓的恒星质量黑洞，其质量大约是太阳的5到100倍。

“我们有五个不同的小黑洞家族，每个都有自己的怪癖，”蔡斯说。“每个黑洞都经过不同的测试。有些噪音很大，有些很远，有些质量较轻，有些质量相似。”

在LIGO 2015测试之前，研究人员可以通过寻找恒星或周围黑洞的物质环来间接观察恒星质量黑洞。X射线探测到的恒星质量黑洞通常高达太阳质量的10到20倍，但LIGO探测到的一些黑洞更大(科学家有点意外)。

信用:LIGO

这张照片显示了黑洞和中子星，它们被重力波和光探测到，并按质量分类。LIGO探测到的黑洞是蓝色的，其中大多数都比光探测到的恒星质量黑洞重。LIGO在2017年6月8日发现的黑洞更接近光探测到的黑洞。(照片来源:LIGO)

但本周，LIGO在6月8日宣布，该仪器检测到一个合并的黑洞，包括一些最轻的黑洞，其质量是太阳的7倍和12倍。蔡斯说，合并形成了一个比太阳质量重18倍的黑洞，并在合并中失去了一些质量，这是LIGO探测到的最轻的合并黑洞。这一合并与2015年12月26日的合并中发现的黑洞质量非常相似。

“这次活动的主要原因是大规模的，”蔡斯说，他是6月8日事件分析的领导者。“6月8日的事件与之前通过X射线观测探测到的黑洞质量一致，因此我们可以将通过X射线探测到的黑洞与通过引力波探测到的黑洞进行比较，从而建立两个不同黑洞群体之间的联系。”

蔡斯说，LIGO正在迅速发现这些黑洞，并能迅速获得在合并第一批发现之前发现的基于光的观测信息。LIGO也有一个同伴在寻找:8月，处女座引力波天文台在意大利启动。这两个观测站在8月14日进行了两次联合信号探测，包括8月14日的黑洞合并和8月17日发现的第一次二元合并。

蔡斯说:“我们刚刚开始了解这两个黑洞。”

蔡斯在一封电子邮件中写道:“这些双星系统可以单独形成，也可以在恒星环境的时代广场形成，时代广场是星系团聚集的地方。"

“出生在稠密环境中的恒星比孤立的恒星更容易受到撞击，因此会对系统的轨道和旋转产生持久的影响。”LIGO天文台和处女座天文台在进行了大约100次黑洞探测后，可能能够确定在密集和孤立的环境中形成的黑洞的比例。

LIGO科学家现在像动物学家一样研究野生珍稀物种——他们的任务是试图将个体特征与整个种群的特征区分开来。

“我们不能仅仅通过五个事件得出任何结论，但是我们正在探索双黑洞的形成，”她补充道。

然而，蔡斯说，天文学家将利用迄今为止的探测来估计有多少这些太阳质量的双黑洞潜伏在星系中。每一项新发现都将有助于改进这些估计。

LIGO正在进行另一次升级，这将提高它的灵敏度，增加它搜索引力波的天空体积。它的下一次观测将于2018年秋季开始。

蝌蚪工作人员从现场科学，翻译李同信编译，转载必须授权。

8月17日，《独立报》网站发表了一篇题为“美国航天局发现罕见黑洞现象”的文章，参考新闻网8月19日报道了这篇文章。内容如下:

科学家观察到黑洞以前所未有的清晰视角旋转时拖动周围时空的方式。这一发现可能会导致对爱因斯坦相对论的新理解。

美国宇航局的核光谱望远镜阵列记录了这一现象。当时，一种叫做日冕的致密X射线源向黑洞移动并被吸进，这使得X射线变得模糊和拉长。这种现象非常罕见，以前从未如此详细地研究过。

日冕发出的光照亮了科学家正在研究的黑洞部分。美国国家航空航天局表示，就好像在他们观察的地方点燃了一支火炬。

所涉及的黑洞被称为“马卡里安335”，距离地球约3.24亿光年。它的质量相当于1000万个太阳，但体积只有太阳的30倍。这个旋转的黑洞会拉伸周围的空间和时间。研究这种模糊现象可以帮助科学家更好地理解仍然神秘的黑洞日冕。

此外，由于日冕粒子的速度，它也可能有助于证明爱因斯坦相对论所描述的一些效应。核谱望远镜阵列的首席研究员菲奥娜·哈里森说:“核谱望远镜阵列观察到的这一前所未有的现象，使人们能够研究广义相对论中最极端的光畸变。”

英国物理科学新闻网站8月17日发表了一篇题为“光脉冲揭示罕见黑洞”的文章，内容如下:

宇宙中有如此多的黑洞，以至于不可能一一统计。仅银河系就可能有1亿颗如此迷人的恒星。几乎所有的黑洞都可以分为以下两类:大黑洞和超大黑洞。天文学家确信质量是太阳10到100倍的黑洞是垂死恒星的残骸，而质量是太阳100万倍的超大质量黑洞位于大多数星系的中心。

但是宇宙中也散布着一些看起来更加神秘的黑洞。这些中等质量的黑洞的质量是太阳的一百万到几十万倍，很难测量，所以它们的存在有时是有争议的。

今天，一组天文学家对M82X-1进行了精确测量，这是一个距离地球1200万光年、质量是太阳400倍的黑洞，从而证实了它的存在。马里兰大学天文学研究生迪拉杰·帕瑟姆和两位同事的研究结果发表在英国《今日自然》周刊的网站上。

这项研究的共同作者之一，马里兰大学的天文学教授理查德·穆肖茨基说:“这种大小的黑洞是最难遇到的。天文学家一直在问，这些恒星存在吗？他们的特点是什么？人们以前无法获得数据来回答这些问题。”穆肖茨基说，该小组研究的黑洞是第一个被精确测量的中等质量黑洞，因此“成为这种黑洞的一个令人信服的例子”。

科学家在2000万光年之外收到了一个新的诞生事件，这是人类观察到的黑洞诞生的第一个证据。

当大质量恒星耗尽它们的燃料时，它们将在巨大的爆炸中死亡，释放出物质和高速辐射喷流。它留下的“遗产”将会坍塌成一个黑洞，其密度和引力之大，连光都无法逃脱。

从这个角度来看，无论如何，这是理论所预言的。现在，由美国俄亥俄州立大学的克里斯托弗·科恰内克领导的团队已经瞥见了由哈勃太空望远镜观测到的一些非常特殊的数据，从距离地球约2000光年的红巨星N6946-BH1开始。

这颗恒星首次被观测是在2004年，它曾经是一颗质量约为太阳25倍的恒星。科恰内克和他的同事发现，在2009年的几个月里，这颗恒星的亮度突然变得比太阳亮一百万倍，然后亮度逐渐减弱。新的哈勃望远镜图像显示，它的可见波段已经消失，但是在同一位置，在红外波段观察到一个微弱的热源，就像它温暖的余辉。

这些观察结果非常接近先前的理论预测，即如此大质量的恒星会坍缩成黑洞。首先，恒星在质量减少的过程中会释放出如此多的中子。随着质量的减少，它将缺乏足够的重力来稳定周围松散的氢离子团。随着这些离子漂移，它们会逐渐冷却，让分离的电子重新附着到氢上。这将在大约一年内形成一个明亮的闪光，当它消失时，只有黑洞存在。

对于这颗恒星的消失还有另外两种可能的解释:它可能与另一颗恒星合并，或者被尘埃覆盖。然而，它们与收集到的数据的分析结果并不一致:合并将使这颗恒星在很长一段时间内比以前更加明亮，而不是仅仅几个月，而且尘埃也无法覆盖它这么长的时间。

“这是一个令人兴奋的研究结果，也是一个长期的预期结果。”加州利克天文台的斯坦·伍斯利说。

"这可能是恒星如何坍缩形成黑洞的第一条直接线索."哈佛大学的Avi Loeb说。

在整整100年前，英国著名天文学家爱丁顿远赴西非地区观察日全食现象，验证了爱因斯坦的理论：质量确实可以使得时空扭曲。52年前美国著名物理学家惠勒首次提到了“黑洞”一词，专指在理论当中存在的、极端高密度、令时空无限弯曲的天体现象。如今2019年4月10日，横跨地球直径的8台天文望远镜强强联手，奉上了人类的第一张黑洞照片。人类在100年里无数次在心中描绘黑洞的样子，这次总算是有了真实的照片。据了解，照片中的黑洞离地球长达5500万光年，也就是说，照片中的黑洞现象早在5500万年前就发生了。那么5500万年前同一时间的人类又是什么样子的呢?

说起5500万年前的人类，可能很多小伙伴们觉得这都是无稽之谈。因为在很多人的印象当中，古猿人的存在顶多也就是在500-700万年前，5500万年前根本就不会有人类存在。然而这世界上所有的事情在没找到证据之前都不会是绝对不存在的。事实上一些考古学家以及科学家已经找到人类早在5500万年前，甚至更早的几亿年前所留下的活动迹象了。

在美国，一名叫做威廉•J•米斯特的科学家发现了一块人类鞋印的化石，在对这块化石进行研究分析后，他发现这个完整的鞋印化石下面踩着一只三叶虫。这个人类的鞋印长度大概是在26公分，宽度大概是8.9公分，差不多是一个成年人脚印的大小。能够有鞋子脚印的出现，那么这就说明这只鞋子主人肯定是生活在一个有一定文明水平下的环境。然而令人感到惊讶的是这只三叶虫，因为三叶虫是非常古老的生物，生活在6亿到2亿年前，与恐龙是一个时代的。所以通过这点我们是否可以推断，在几亿年前的恐龙时期就已经有人类的出现了。

在1817年的时候，美国著名考古学家亨利·斯库尔克拉夫特以及托马斯·本顿在美国密西西比河的西岸附近的一块石灰岩上发现了两个人类的脚印。长度大概是10.5英寸，脚趾头比较分散，脚掌非常的平展。其脚步非常的自然而且强健有力，属于那种长时间不穿鞋走路的脚印。两人对脚印进行分析后得出了一个非常震惊的答案，当留下脚印的时候岩石板还非常的软，所以才会留下脚印。根据分析这块岩石板距今已经是有2.7亿年的历史了。另外在我国云南的富源县三叠纪岩石层上还发现了4个人的脚印，据考证距今已经有2.35亿年的历史了。

美国考古学家在德克萨斯州的拉克西河的河床中发现了生活在白垩纪时期的恐龙脚印，就这个发现可能并不会有什么奇怪的，而令人惊讶的是，在这个恐龙脚印化石的旁边18英寸的地方还同时留下了12具人类脚印的化石，甚至有一人的脚印还是迭加在一只三指恐龙的脚印上面。将这个话是从中间进行切割开来，发现脚印下的截面有着很明显的压缩痕迹，而这绝对是仿制品无法做到的。很显然这并不是假冒的东西，而是真实存在的。

另外还在附近的同一岩层中发现了人类的手指化石以及一件人造的铁锤，而且还有一截手柄紧紧的嵌在金属铁锤的头部。经过分析后，这个铁锤的铁含量达到96.6%，另外还有2.6%的氯和0.74%的硫，这是一种非常有意思的合金体。因为在2013年之前，按照现在人类的技术还无法使用氯与铁化合出合金来。

那段残留在金属锤以内的木柄已经变成了煤炭，要想让木头在短时间里变成煤炭，这必须整个地层都要有相当大的压力才能够做到，并且还要产生一定的热量才行。若是这锤子掉进了什么石缝之中的话，压力或者温度不够的话肯定是无法让木柄煤化的。而这也就说明了一点，在岩层变硬固化这个过程的时候，石锤就已经在这个地方了。而这个人造工具所存在的岩层与恐龙脚印和人类脚印都是在一层岩层，另外其他的岩层都不存在脚印或是人造工具。而这也就证明了，人类曾经确实与恐龙同时生活在一个世界里。

另外美国地址学家J.D.惠特尼对在美国加利福尼亚州太波山地底下300英尺的位置挖出了各种各样的人在石器工具。当他对这些工具进行鉴定的时候发现其中一种类似于现代杵的工具拥有着5500万年的历史了。这也就说明，在5500万年轻就有人类的存在，并且已经开始使用工具了。

对于以上的信息，是否会刷新很多小伙伴们的三观呢?是否有很多人开始质疑达尔文的进化论了呢?关于发现千万年前甚至几亿年前人类曾存在过的迹象还不止这些，但是不得不承认这些的确都真实存在过。用现在的理论也许还无法对其进行解释，或许人类在很早很早之前就已经存在了，只不过经历了一次又一次的灭绝再进化的过程。毕竟以上都是真实存在的痕迹;毕竟在没有找到确切证据之前，所有的东西都不会是绝对不存在的。

黑洞到底是什么样的？在大多数人的印象中，黑洞可能是一个圆形的黑色球体，类似于溜溜球。在科幻电影《星际穿越》中，它也描绘了一个黑洞的标准圆，从它发出的气体围绕着它，看起来像一个ie浏览器的图标。

但事实上，黑洞可能不会持续太久。最近，一项新的研究表明，黑洞的真实外观很可能是一个“喷泉”。

事实上，真实情况可能比人们想象的要复杂。对阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)的模拟和观测表明，黑洞上的三种气体成分不断循环，黑洞实际上是一个更具动态的喷泉结构。

在这项新的研究中，日本国家天文台的研究人员已经在大约1400万光年之外的西里奇努斯星系中心观察到了超大质量黑洞。

结合模型推断，专家认为结果推翻了之前关于黑洞的假设。以前，学术界一般从物理理论上估计黑洞的出现。

在我们的日常生活中，我们有自由意志。你可以朝南走，也可以朝北走。向上飞没有问题。这是人类的自由和生命的意义——当然，这种自由不能发生在任何时空区域。例如，一旦人类进入一个黑洞，他们将失去他们的自由意志，而黑洞肯定会把人类吸进黑洞的中心。

在名著《星际穿越》的结尾，电影的情节如下:

飞船里只剩下很少的燃料，库珀决定去看看黑洞的内部。经过一系列痛苦的挣扎和宇宙飞船的爆炸，库珀来到了黑洞的内部。然后他穿过黑洞内的奇点，到达了五维时空，恍然大悟。这是外面的天堂。

这真的可能吗？事实上，这些远远超出了当前的物理理论。

从严格的学术观点来看，我们必须首先理解什么是黑洞。在作者的著作《相对论——相对论的流行传奇》中，黑洞的定义有以下等式:

黑洞=地平线+奇点

地平线是黑洞的表面，就像西瓜皮包围西瓜果肉一样，西瓜果肉包围整个黑洞。从地平线到黑洞中心的距离是r=2M，m是黑洞的质量。在这个半径内是黑洞的内部。黑洞的内部是单行道。一切只能进入，不能退出。

黑洞的中心被称为“奇点”奇点处的曲率是无限的，能量密度是无限的。就几何学和物理学而言，无限的事物不属于时空本身——无限的值都是非物理的，广义相对论已经失败了。为了准确描述奇点，我们需要一个叫做“量子引力”的完整理论。不幸的是，没有这样的理论。这可能是库珀的女儿墨菲在电影中提出的理论。这是电影中第一个未解决的问题。

在相对论的学术界，还有一个与黑洞有关的未解决的问题，那就是宇宙审查的猜想能否从几何学的角度得到证明:上帝讨厌赤裸裸的奇点，所有黑洞的奇点都必须被视界所包围。霍金生动地描述了这个问题:为什么所有女人都穿内裤，而裸女却不存在？-这是第二个未解决的问题。

在电影中，库珀进入了黑洞，撞上了奇点，进入了五维时空。为什么编剧安排他进入五维时空，然后发出信息？因为编剧非常清楚黑洞内部的信息不能传递给外部世界——这就是黑洞量子力学的“信息困境”(这个术语叫做破坏量子力学的积极性)。为什么会出现这种困境？这是第三个未解决的问题。

只要上述三个问题中的任何一个都能解决，这就是黑洞研究的一大突破。

这篇文章的作者先后写了五篇关于《星际穿越》的科普评论(另外四篇，参见《星际穿越》中的永恒离黑洞有多远？为什么《星际穿越》中的虫洞是一条捷径？《星际穿越》如何避免时空悖论为什么“星际”1小时在地球上的巨大波星≈ 7年？)，我要向诺兰和索恩致敬，也希望引起我国年轻人对未来相对论学科的注意。

对于那些对黑洞感兴趣的人，请参考视频:星际中的黑洞

第一张黑洞照片已经出版，引起了全世界的轰动。这项成就背后的“英雄”——事件地平线望远镜(EHT)项目的国际科学研究小组，随后进入了公众的视野。该团队有16名来自中国大陆的学者，其中包括南京大学天文与空间科学学院教授李志远。

“自20世纪90年代以来，中国一直在进行黑洞研究。我非常激动地见证这一历史性时刻。”李志远兴奋地说道。

受邀于2016年底加入国际团队

结合李志远的科研经验，可以看出这是一位“右根红枝”的天文学家。

1995年，李志远被南京大学天文系录取。经过7年的学习，他先后获得学士和硕士学位。从研究生院毕业后，他选择在2002年去麻省大学深造，并在六年后获得了天体物理学博士学位。然后他去哈佛史密森天体物理中心做博士后研究。

2013年，完成学业的李志远选择回到母校，登上南京大学天文与空间科学学院的讲台。

“2016年底，我被正式邀请加入EHT国际团队，我参与这个项目主要是基于我的研究兴趣。很长一段时间以来，我的研究一直集中在银河系及其邻近星系的中央黑洞上。”李志远说。

在这次观测任务中，李志远加入了EHT项目的多波段科学工作组和活动星系核工作组。“确切地说，我没有直接参与这个毫米波观测的数据分析。我主要从多波段观察的角度进行辅助研究。”李志远说。

有多种方法可以选择高质量的“模型”

上世纪初，物理学家爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞的存在。这是一种小天体，大质量。它的引力如此之大，以至于光也无法从它周围的某个区域逃逸。这个区域被称为“事件视界”。

李志远说,“事件视界望远镜”是用来观察黑洞的“事件视界”的。它由分布在世界许多地方的射电望远镜组成，相当于一个直径为地球的超级望远镜。这是“事件地平线望远镜”项目。

"这张黑洞的正面照片有力地证实了爱因斯坦的广义相对论。"李志远说，“这将有助于科学家进一步验证爱因斯坦的广义相对论和其他基本理论。这也将有助于揭开更多未解之谜，包括位于星系中心的喷流是如何产生的，以及宇宙有多大。”

黑洞有不同的尺度。科学家这次拍摄的M87*是一个超大质量黑洞。黑洞不止一个，你为什么选择这个“模型”？

李志远说，事实上，如果你想拍一张照片，你必须先看。“然而，即使可以看到，也不是所有的黑洞都符合拍摄条件。黑洞的质量越大，就越适合成像，同时确保距离。简而言之，靠近我们的超大质量黑洞是最好的模型。”李志远说。

已经被纳入新的观察计划

“拍摄黑洞照片只是人类认识黑洞的第一步。接下来，我们将进一步增加观测望远镜的数量，希望在更短的时间内拍摄更多细节和角度的黑洞照片。”李志远说，在未来，它甚至不会排除在外层空间“建造”更高清晰度望远镜的可能性。

李志远透露，这次发布的黑洞照片是由EHT项目小组在2017年拍摄的。国际专家已经发现了许多黑洞，但是其中只有两个大到可以被拍摄下来。一个是M87*，另一个是Sgr A*，一个位于银河系中心的黑洞。

“不幸的是，离我们更近的Sgr A*，也就是大家所说的“银心黑洞”，这次没有“出现”李志远说，“也许在不久的将来，我们可以看到它的美丽。”

“尽管第一张黑洞照片给我们带来了惊喜，但它也鼓励我们更加努力地探索未知。”李志远说，有关专家不会就此止步，他们已经把新的观察计划付诸实施。第二张黑洞照片，或者更多的照片，“正在进行中”

美国宇航局宣布，钱德拉X射线太空天文台监测到来自距地球两亿五千万光年的英仙座星系巨大黑洞声波的证据。这是人类首次发现黑洞可以发射声波，有媒体将此戏称为“黑洞在歌唱”。

然而黑洞的“歌声”实在是太过低沉，它比钢琴的中央C低57个八度音阶，远远超出了人类的听力范围，使得人类无法直接欣赏到黑洞的“美丽歌喉”，这也是目前人类在宇宙中监测到的最低音调。

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。当英国科学家霍金根据量子力学研究物质在黑洞邻近的行为时，非常惊讶地发现，黑洞如同平常热体那样产生和发射粒子，这就意味着黑洞不是完全黑的。为了进一步研究黑洞，很多科学家把重点集中在物质被黑洞吸进之前，也就是研究黑洞边缘的情况。

英国剑桥天文研究所的安迪?费边教授和他的同事研究钱德拉天文台的X射线图片时发现，英仙座星系黑洞附近的太空气体以其为中心呈同心圆排列，波的距离为3万光年，据此可确定声波的音调。

科学家认为黑洞声波是由双重压力造成的。也就是说在物质被吸引进黑洞时会对太空气体产生的压力，而黑洞自身喷射物质时也会产生压力。

在此之前，科学家已经发现黑洞可以发光发热，但黑洞可以发声还是首次为人类所发现。该发现除了有助于人类了解英仙座星系的形成外，还有助于解开人类多年未解的谜团，即英仙座黑洞周围的太空气体为什么不会冷却下来，形成星体。科学家认为可能是由于黑洞声波的巨大能量对太空气体加热造成的。

引力是如何走出黑洞的

纯粹从广义相对论的角度来看，这根本不是问题，引力根本不必走出黑洞。广义相对论是一个局域理论，即时空中一点的场完全由在该点正与之以光速或低于光速相互作用的事物所决定。如果一颗恒星坍缩成一个黑洞，其外部的引力场完全可以通过计算它变成黑洞以前的恒星的性质和外部引力场来获得。正如我们在掉入黑洞前的最后阶段所发出的光线将花费越来越长的时间以达到处于远处的观察者一样，恒星坍缩末期所发生事件的引力效应将花费越来越长的时间传播到遥远的外部世界。从这个意义上说，黑洞是一种“冰冻的恒星”：其引力场是“化石”场。黑洞的电磁场也是同样的。

通常此类问题都冠以“引力”、假定的“时空扭曲”等术语来发问。但如果有类似于引力的东西用“引力粒子”来进行类似于引力的相互作用，它们怎么才能跨过视界发生作用呢？

广义相对论中不存在引力子，因为广义相对论不是一个量子理论，当它发展完全以后可能会成为量子引力理论的一部分。但纵然如此，它也不一定是最好的用来描述虚拟引力子产生的引力效应的理论。参见虚拟粒子对此的讨论。

然而这类问题仍值得一提，因为黑洞可能有静电场。并且我们知道它们可以用虚拟光子的概念加以描述。那么虚拟光子是如何逃离黑洞的呢？好，首先同典型物理效应讨论一样，它们来自恒星坍缩前的带电物质。其次，虚拟粒子是不会被限制在光锥之内的：它们可以比光运动得更快！因此视界这个以光速运动的面，根本不是障碍。

掉入黑洞后我不能利用虚拟光子与你们通信，也不能把我自己变成虚拟光子以逃离黑洞。原因是虚拟粒子在光锥之外不携带任何信息。

神奇的黑洞

著名美籍印度天体物理学家钱德拉塞卡指出，质量大的恒星，在其后期也会不断收缩，直到半径只剩下几公里。这就是后来被称之为“黑洞”的星体。钱德拉塞卡的精确预言使他荣获了 1983 年诺贝尔物理学奖。

黑洞是巨大恒星在其后期内爆、坍缩而形成的一种天体。在黑洞中。物质被极度压缩，由于它的密度极大，于是其周围形成了巨大的重力场；凡是被吸物质都无法逃遁，它简直就是一个无底洞。即使光也难从黑洞中逸出，所以，那里没有光线射出，“黑洞”由此得名。

黑洞的引力非常大，即使是速度达到极限 30 万千米/秒的光也逃离不出它的引力。黑洞是一种神奇的天体。黑洞周围的空间和时间与我们地球周围的空间和时间完全不同。黑洞周围的空间是弯曲的，于是，发出光线转个弯又回到黑洞，黑洞周围的时钟走得也比通常地球上的钟要慢。地球钟走 2 秒、4 秒，而黑洞钟才走 1 秒，越接近黑洞钟走得越慢。到了黑洞，钟无限慢，以至我们无限地等待也见不到有东西从黑洞中跑出来。

既然黑洞看不见、天文学家又怎么能发现它的存在呢？原来，黑洞都存在一个视界面，视界内所有信息传播不出，但视界外，由于黑洞巨大引力作用，可把周围天体吸向它们，天体在被吸进的过程中速度明显加快，这好比平静的河面上水流平稳，一旦某处出现了旋涡，其四周的水流被吸进，速度明显加快的道理完全相同。天文学家观察发现，银河系核心周围的区域中，恒星运行的速度明显加速，表明它们被拉向某种引力巨大的地方，那就是银河系中心的黑洞。此外，许多河外星系核都可能是一个巨大的黑洞。

黑洞发不出光线，但它却可以辐射 X 射线。X 射线就是人们胸透时所用身线、人眼看不到，但用仪器可以探测出来。有些人造卫星升天都携带探测 X 射线的设备，其中一个任务就是寻找黑洞的 X 射线源。至今已发现了有许多这种 X 射线源，其中最有可能成为黑洞的，是在牛郎星和织女星之间，称为天鹅座的一个射线源。

黑洞有许多神奇的特征。有关黑洞的研究和探索在不断发展之中。科学家设想将黑洞当作“重力井”来进行发电，将落到黑洞中的物质的巨大的位能转换成热能或光，再转换成电力。其原理和水力发电或太阳能电池相同。具体说，使气体物质朝向黑洞落下，形成能在黑洞周围旋转的增积圆盘，于是圆盘内的气体与周围的气体强烈摩擦加热而使温度升高，开始放射出强光，来自黑洞增积圆盘的热辐射，使其周围能像太阳能电池板一样转变为电力。到黑洞中建造发电站就好比在天然河川中建造水坝一样。黑洞发电站一旦建成，可使用数百万年之久。

黑洞的信息丢失问题

霍金（Hawking）和贝肯斯坦（Bekenstein）令人瞩目地将热动力学、量子力学和黑洞联系起来。他们预言黑洞将慢慢蒸发掉（参相对论常见问题之霍金辐射）。人们立即意识到这导致了一个信息丢失问题，该问题从此成为量子力学中的重要议题。

为了理解为什么“信息丢失问题”是一个问题，我们必须首先理解它是什么。从纯理想状态中取出一个量子系统并将其投入黑洞中。等待一定的时间，直到黑洞的质量蒸发回复到投入东西以前的大小。我们从一个纯状态和一个质量为 M 的黑洞开始，而终止状态是一个热状态和一个质量为 M 的黑洞。但这正是佯谬之所在。一个热状态是一种混合状态（对一致密母体用量子力学加以描述而非波动描述）。在混合状态和纯净状态相互转换过程中必须丢弃信息。例如，在本例中，我们将一个用一系列特征值、系数和大量数字描述的状态变化成一个用单一的温度值描述的状态。此状态的所有其他的结构信息都在变形中丢失了。

用术语讲，黑洞在状态系统上进行了一次非一元的变换。正如你所知道的那样，量子理论中不允许非一元变化自然发生。因为它不能保持概率性。即：非一元变化后，一次试验的所有可能结果的可能值之和会大于 1。

从这个变化的表面来看，量子力学分崩离析了，我们陷入窘境。到底是黑洞公然违抗量子理论的信条还是我们在所假设的试验中漏掉了什么。或许蒸发后质量为 M 的黑洞与原先质量为 M 的黑洞并不相同；或许在霍金辐射中存在某种我们没注意到的精妙关系，而该关系正提供了纯净状态丢失的信息。

这，就是黑洞信息丢失问题。信息丢失的事实反映在所发出辐射的热特性上。但任何热系统都可通过吉普斯（Gibbs）规则 dE=S dT 被赋予一个熵值。我认为这就是当人们说黑洞的熵与信息丢失有关时所想到的。关于此事简单的事实是它们是稍有区别的同一件事情。

结束前再提两点：第一，你可能认为因为黑洞会辐射所以其热特性是不可避免的。但你可能错了。在大多数此类量子辐射的计算中，辐射的广谱中并没有普朗克（Planck）广谱。如果那也是黑洞的特性，那么我们就无法给黑洞指定一个温度或一个熵值。在这种 情 况 下 ， 人 们 可 能 还 不 相 信 贝 肯 斯 坦（Bekenstein），并且除了信息丢失佯谬之外，我们可能还会疑惑怎样使黑洞与第二条法则相符。霍金辐射的热广谱是现代物理学最意外的发现。依我之见，这从另一方面说明了某些深层次且并不为人所知的东西正在进行着。

第二点是有趣的侧光。尽管吉普斯法则通过计算温度给出了贝肯斯坦──霍金辐射的正确熵值，但直到几个月前，没有人能够直接用量子力学/静力学来解释其熵。事实上，已经证实半经典的引力不足以解释熵。这是一个复杂的结果，因为热动力熵是从半经典的水平上获得的（事实上由于某些我怀疑与非线性引力有关的怪异现象，（解释）必须是经典的）。这样我们就面临着窘迫的选择：A、热动力熵不一定总有一个静力学基础。B、引力不是一种基本相互作用，它是一些更基

本的底层理论的综合效应。

选项 B 并没有使一些前卫的理论家惊惶失措，其实这正是他们的观点。有趣的是，大约从今年初开始，这些前卫的人跳进“黑洞熵之起源”的争论之中。有迹象表明通过使用一些在某些类型的场论中的关于单极的古老结论，他们已经能够对线性状态进行计算，这对于某些（非物理的）有给定质量的黑洞将有所帮助。（而且）其熵与贝肯斯坦公式所给出的完全一致。专家们保证这种理论在未来会发展成更物理化的模型。如果成功的话，这的确很令人鼓舞。