你认为宇宙最神秘的天体——黑洞是什么样子的？

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黑洞有三“层”:外部和内部视界，以及奇点。

黑洞的视界是黑洞口周围的边界，光不能越过这个边界，粒子一旦越过视界，就不能离开，引力在视界上是恒定的。

黑洞的内部区域，也就是物体质量所在的区域，被称为它的奇点，即时空中黑洞质量集中的单一点。

科学家不能像观察太空中的恒星和其他物体那样观察黑洞。相反，天文学家必须依靠探测黑洞在尘埃和气体被吸入稠密的生物时发出的辐射。但是，位于星系中心的超大质量黑洞可能会被其周围的厚厚的尘埃和气体所掩盖，从而阻挡了这些泄露信息的辐射。

有时，当物质被吸引到一个黑洞时，它会弹出视界并被向外抛出，而不是被拖入黑洞。以近乎相对论的速度飞行的明亮的物质喷流被创造出来。尽管黑洞仍然看不见，但从很远的地方就可以看到这些强大的喷流。

事件视界望远镜(Event Horizon Telescope)拍摄的M87黑洞图像(于2019年发布)，即使在图像拍摄后，也需要两年的研究。这是因为望远镜的合作，延伸到世界各地的许多天文台，产生了惊人数量的数据，这些数据太大了，无法通过互联网传输。

（于2019年发布的M87黑洞图像）

随着时间的推移，研究人员希望能拍摄到其他黑洞的图像，并建立一个物体的外观库。下一个目标可能是人马座A*，它是我们银河系中心的黑洞。2019年的一项研究报告称，人马座A*之所以有趣，是因为它比预期的要安静，这可能是由于磁场抑制了它的活动。同年的另一项研究表明，人马座a *周围有一个冷气体晕，这让我们对黑洞周围的环境有了前所未有的了解。

黑洞的温度是多少？最高只比绝对零度高5000万分之一度

这与现代物理学中的防火墙悖论有关。

黑洞在宇宙中一直是十分霸道的存在，我们对它的了解知之甚少，从我们知道黑洞的存在至今，它的神秘感一直有增无减。霍金就在一篇文章中提到：宇宙中没有黑洞，存在?灰洞?，该消息一经发出就引起了轩然大波。那么灰洞究竟是什么呢？

如果要知道灰洞是什么，我们得先认识黑洞。简单来说：一颗质量超大的恒星在临近死亡时，它的核心会迅速塌陷成一个奇点，这个奇点密度无限大但体积无限小，它会将周围所有的物质吸到这里，当连光线都会扭曲无法逃脱时?黑洞就诞生了。

而霍金则认为黑洞其实是一个拥有极端物理环境的特殊地带，物质在被吸入黑洞后一定还会被吐出。即黑洞不会永久地保存吸入的物质，会在某个特定的时刻返还到宇宙中。该现象被霍金成为：黑洞的蒸发。

在了解到黑洞产生与一颗质量超大的恒星有关时，科学家就提出了一种新的猜想：既然符合条件的恒星才有可能变成黑洞，那么如果一颗恒星自身存在着某些缺陷，它在演变黑洞的过程中会发生什么现象呢？

霍金的灰洞理论弥补了这一猜想的漏洞，他称：?当大质量的恒星无法顺利产生一颗正常黑洞时，有可能就会形成比中子星体积较小但密度更大的天体，这个天体的质量大致相当于三个太阳的质量。但由于坍塌量的不足导致没有正常黑洞那样的强大引力，只有40%的辐射会离开这个天体向宇宙中喷出。?霍金将这种看不见但质量大于三倍太阳质量的天体命名为灰洞。

我们之所以认为黑洞是黑的，是在于其事件视界上，那是一种间隔着时空的界限。只有视界之外的物质才会被我们观察到，而视界之内则是一片空白，就连光都无法逃脱这个事件视界之外，所以我们才会认为黑洞是黑的。于是我们传统的认为事件视界就如同一道防火墙一般，因此将之称为防火墙悖论。

霍金认为事件视界还存在缺陷，他在文章中写道：经典理论中的光无法从黑洞中逃离，但量子理论中的能量和信息可以做到。灰洞理论则为防火墙悖论提供了坚实的理论后盾，因为灰洞并不拥有像完美黑洞那样的超强引力，灰洞理论的出现也让这个解释变得合情合理。霍金还认为宇宙中不可能存在着十分完美的黑洞，因此就有了文章开头霍金说的一段话：宇宙中没有黑洞，存在灰洞。

许多物理学家对霍金的灰洞理论提出了质疑，他们认为?黑洞不存在?这个观点并不完全正确，灰洞理论只是为了解决防火墙悖论的问题，而并非真的不存在黑洞。他们还表示，如果霍金的灰洞理论表述是正确的，那么就不存在黑洞核心的奇点，甚至还会出现?一切事物都可以从黑洞中逃离?这个更加极端的现实。

但霍金表示黑洞中的物理特性本就不能以常规理论推断，由于黑洞中的巨大引力，量子力学在此并不适用。这个解释并不能得到这些物理学家的满意，最终霍金给出了一个更具说服力的答案：黑洞自身一定不会完全关闭，黑洞释放出的热量中包含着其中的物质信息，并且这些物质信息会用极漫长的时间才能完全释放出去。

所以，不是黑洞不存在。这算是?每个人对理论的理解都有着些许的偏差吧。

黑洞是什么？黑洞里只有一个奇点吗？

黑洞可谓是宇宙中最为奇特、最为神秘的天体之一。爱因斯坦的广义相对论最早预言了这种天体的存在，后来天文学家观测到了一系列黑洞存在的间接证据，并在2019年首次捕捉到了黑洞的“真容”。

黑洞的特殊之处在于它们会把光吞噬掉，而且本身也不会发光，这使得它们在电磁波上是完全黑暗的，我们其实是看不到黑洞的。之所以天文学家能够拍摄到黑洞的照片，是因为有些大型黑洞周围存在发光的吸积盘，由此可以衬托出黑洞的轮廓。

在宇宙中，几乎所有的天体都会发光，或者反光。无论是恒星、行星、彗星，还是诸如白矮星、中子星这样的死亡恒星，它们都是有温度的，而且温度越高，天体也会显得越亮。已知最热的恒星（WR 102）表面温度达到了21万度，而中子星刚形成时的表面温度更是高达100万度。

既然黑洞是完全黑的，那么，黑洞有温度吗？黑洞的温度是绝对零度，还是多少度呢？

关于这个问题，首先要弄清楚黑洞究竟是怎样的一种天体。根据广义相对论，黑洞是没有实体表面的，黑洞本身的所有质量都在中心的奇点，这个奇点会极度扭曲周围的空间。在这种弯曲空间中，光也会被束缚住，这是导致黑洞不发光的原因。

另一方面，温度是微观粒子热运动剧烈程度的度量，代表的是粒子的平均动能。也就是说，只有当物体由微观粒子构成时，温度才有意义。对于没有任何粒子的绝对真空，就没有温度的概念。

黑洞没有实体，只是由无穷小的奇点和空荡荡的弯曲空间组成，从这个角度来看，黑洞也是没有温度的概念。但有人可能会说，黑洞会摧毁靠近它们的物质，把它们撕碎成原子，最后把它们吸入到奇点之中。由此可见，黑洞内部存在大量粒子，所以那里确实是有温度的，但这个温度并不是黑洞本身的。

霍金等一些物理学家已经在理论上证明，黑洞只有质量、角动量和电荷这三种简单的性质，其他物理属性都在黑洞形成过程中丧失掉，这就是著名的“黑洞无毛定理”，由广义相对论大师惠勒最早提出猜想。

不过，从黑洞的一种特殊性质来看，黑洞从某种意义上来说又是有温度的。

根据霍金辐射，如果量子真空涨落随机出现在黑洞的边缘，由此产生一对虚粒子，负能粒子掉进黑洞中，正能粒子则会脱离黑洞。正常而言，正负能粒子会发生湮灭。但如果黑洞吸收了负能粒子，就会导致它自身的质量被正能粒子带走，所以黑洞的质量会随着霍金辐射而变得越来越低。

由于霍金辐射的存在，黑洞是有热辐射的。根据这样的原理，可以推导出黑洞的温度为：

从上式可以看到，黑洞的温度只与质量有关，具体而言，两者成反比例。黑洞的质量越大，温度越低。对于质量最小的恒星级黑洞（3倍太阳质量，这是目前已知宇宙中所会存在的最小黑洞），其温度仅为一亿分之二开氏度（20 nK），也就是比绝对零度高了5000万分之一度，这是黑洞的最高温度。而对于质量达到太阳430万倍的银河系中心超大质量黑洞，其温度更是低至100万亿分之一开氏度。

宇宙的平均温度比绝对零度高出大约3度，所以即便是最小最热的黑洞，其温度也是远远低于宇宙的平均温度。因此，黑洞的热辐射极小，它们完全会被淹没在宇宙微波背景辐射之中。

对于黑洞是什么这样的问题，其实我往常都会讲一下它的历史，但由于关于黑洞的历史我已经讲过不止一次了，所以这篇回答我将完全不讲历史。

黑洞这个名字给人一种神秘感，觉得会是一个阴森森的神秘物体。不过事实上虽然它确实有点可怕，但其实它特简单，曾经有人说过黑洞是宇宙中最简单的天体，因为它只有三个物理量，也就是它只需要用三个物理量就可以被准确描述，这三个物理量分别是：质量、电荷和角动量。这三个物理量就是目前已知的黑洞的全部了。

不过绝大多数人听说过的黑洞其实只有一个物理量，那这是宇宙中最简单的天体了，它叫史瓦西黑洞。它是由史瓦西半径公式给出的一个只有质量这一个物理量的天体。通过把一定的质量代入史瓦西半径公式，就可以计算出一个半径，而当所有的质量都集中到这个半径以内时，这个天体就会变得不可见，因为宇宙中速度极限的光速也无法从这个半径范围内逃离了，这个半径构成的一个球面称为视界面，而这个视界面作为边界的球形天体就叫黑洞。严格说这个叫史瓦西黑洞。

根据广义相对论，黑洞的视界面是一个单向膜，视界面以内是单向的，所以不会有任何物体（包括光）会在视界内往视界跑。也就是说，所有落入视界的物体都会不可逆地落向黑洞中心的奇点。它之所以不可逆的原因就是在视界内时空发生了互换，从视界面到中心奇点的方向从空间方向变成了时间方向。所以落入视界的物体我外界看来并非沿空间方向落向奇点，而是沿着时间方向落向奇点。而奇点在广义相对论里被定义为时间为0的点，用人话讲就是时间的终点！

史瓦西黑洞是一种非常极端的黑洞，它要求的初始条件非常苛刻：总电荷为0，总角动量为0，用人话说就是不带电，不自转。这对于一个由生命末期的大质量恒星核心坍缩形成的大质量天体来说，基本上是不可能实现的，因此一般来说，自然界不存在严格意义上的史瓦西黑洞。

那么自然界的黑洞都是什么黑洞？可以确定的是一般都是带自旋的黑洞，这种称为克尔黑洞。至于带不带电，一般也认为会带电，但这个我们其实不好确定。

关于克尔黑洞，它其实就是一种高速旋转的史瓦西黑洞，也是相对简单的，但已经比史瓦西黑洞复杂很多了。科幻**《星际穿越》里的黑洞就是一个极端的克尔黑洞，说它极端是因为它的自旋速度极高，已经接近其自旋速度的理论上限了。

上面这个就是《星际穿越》里的克尔黑洞?卡冈图雅，这是接近其自旋赤道面的视角，有没有发现它的左右是不对称的？这就是克尔黑洞的典型特征，我们看到的是黑洞的吸积盘，它会在克尔黑洞高速自旋所产生的时空拖拽下沿一个方向绕黑洞高速旋转，这将使其中一边的吸积盘高速靠近我们，而另一边则高速远离我们，这就产生了严重的多普勒效应，导致靠近一边的吸积盘比远离那一边的吸积盘更亮。

这种根据理论绘制的克尔黑洞更符合事实，不过可能这会导致黑洞缺乏美感，所以**里并没有这样呈现。而关于克尔黑洞的奇异特性我们可以从**里了解，因为这**的科学顾问是顶级的广义相对论权威，2017年度诺贝尔物理学奖得主基普?索恩，所以你其实完全可以把这部**当做一部科普启蒙**来看。

在**中，男主角库珀落入了高维文明放置在黑洞奇点旁的超体空间中，你没看错，那是一个奇点旁，但这个奇点并非史瓦西黑洞中的中心奇点，而是一个极端克尔黑洞特有的，绕中心奇点旋转的外飞奇点。在理论里，这个奇点时空曲率并没有中心奇点那么大，而且由于高速绕中心奇点旋转，所以当库珀与它相遇时会在极短时间内擦肩而过，库珀的身体得以保留。

从上图你看见什么？没错，还有一个下落奇点，它跟外飞奇点一样都是极端克尔黑洞里高速绕中心奇点旋转的，而那个给库珀传送奇点数据的AI塔斯所落经过并记录下数据的奇点就是下落奇点。

到这里是不是已经觉得黑洞其实一点也不简单了，其实还有更复杂的，就是带电的黑洞。

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