黑洞科普：带你了解神秘的无底洞
黑洞怎么形成的？黑洞是什么？我们怎样“看”到黑洞？黑洞会死亡吗？黑洞是否会是连接两个宇宙的大门呢？……这篇文章就会带你去解开这些疑惑，让你了解黑洞。准确来说，黑洞就是一个体积无限小，密度无限大，质量无限大，时空曲率无限大的恒星残骸，但它并不是“洞”，而是一个连光都无法逃逸的奇点。
黑洞无疑是一种恐怖的天体，当质量超过太阳十倍的恒星疯狂产生超新星爆发时，内核受反作用力的情况下向内塌缩。于是在巨大的引力下，恒星残骸的时空曲率越来越大。以至于原子中的质子和电子首先被压成中子，形成中子星。因为部分恒星质量过大了，以至于其残骸质量都超过了奥本海默极限。使得中子都不能保持其状态，便继续塌缩，形成了一个密度无限大，质量无限大，体积无限小的点；也就是黑洞的奇点。而到了此时，这个天体的时空曲率已经大到光速，导致连光都无法逃出这个天体，它看起来就会变的“黑”，看不到了；此时，一个黑洞就在恒星的中心位置形成了。
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黑洞吞噬恒星
既然黑洞无法被看见，那又是如何被观测到的呢？史蒂芬~霍金曾经指出“黑洞无毛定理”：当一个物体变为黑洞时，除了质量、角动量、电荷，其他的一切（毛发）都消失了。但因为有质量，所以它强大的引力依然存在。当黑洞吞噬恒星时，由于巨量的物质源源不断地涌入黑洞，黑洞温度升至10亿度，发出强光并释放X射线。为了观测到黑洞，人们制造了X射线观测卫星，最终在天鹅座发现了X-1射线源。它的旁边有一个质量达到太阳30倍质量的蓝巨星，两者相距约1600万千米；距地球6000ly。这也是人类第一个确认的黑洞天体。
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无角动量，无电荷的史瓦西黑洞
黑洞主要分为三种，第一种：不会旋转且不带电的史瓦西黑洞，第二种：会旋转但不带电的克尔黑洞；第三种：会旋转且带电的克尔-纽曼黑洞（因为克尔-纽曼黑洞的视界分为两层，二内部则是能层，所以越过事件视界的物质依旧有可能逃离黑洞）。但宇宙中不断地在量子涨落，同荷的粒子会被黑洞排斥，而异荷粒子则会被吸入黑洞，这将会导致黑洞很快中性化。黑洞确实可以成为一个通向其它宇宙的大门，可这是单向门。物质会在黑洞端被分解成无数基本粒子，然后在假象的“白洞”中被喷射出（也有可能是双向门，终点可能是另一个黑洞，这在以后会说到）。
根据霍金的理论，物质不会凭空消失，所以被黑洞吞下的物质一定会从某个地方出来。这也使得黑洞自产生之日起，就在不断地在辐射粒子；在10^66年的漫长时间里，随着黑洞质量的减少，粒子辐射的越来越快，导致黑洞温度变得越来越高。（所以物质可以从一个黑洞到另一个黑洞）最终猛然爆发，形成照耀天宇的，明亮的Ia型超新星。最终，这个巨大黑暗的引力深渊，终于将在猛烈的喷发中消失了。
黑洞经常会有大喷流，但千万别认为这是从黑洞中出来的。比如，当一些恒星冲过黑洞时，一部分恒星会掉入黑洞视界，而另一部分物质则会受到引力弹弓效应以接近光速的速度被抛射出去，这就形成了黑洞的喷流。
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黑洞大喷流
很多人都想长生不老，于是科学家们提出了时间旅行。但根据物理定律，有质量的物质是不可能实现时间旅行的，所以科学家们又想出来另一条路线，因为每个重物都有减缓时间的作用。比如银河系中心黑洞，质量达到太阳的400万倍，如果一艘星际飞船在控制得当的情况下，飞船会在一个合适的轨道上绕黑洞公转。假如航天中心发现飞船绕黑洞一周40分钟，但在飞船上的人看来，时间只过了20分钟。当若干年后，飞船上的人将会回到未来的地球，这时他们就是在穿越时间了。
在霍金的《时间简史》中，还有一个著名的例子：一个航天员站在即将塌缩的恒星上，每秒都会给飞船发送一道电波。假如恒星在11:00:00塌缩成黑洞，那么飞船上在接受10:59:58和10:59:59之间的电波时只需要一秒多一点的时间，恒星上和飞船上的航天员不会有感觉，但飞船上的航天员则必须无限久的等待11:00:00的电波。因为黑洞的时空曲率以达到光速。
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我们真的可以实现时间旅行吗？
黑洞真的是很神奇的东西，它还有很多值得我们探索。
（题图为2019年4月10日公布的首张黑洞照片Powehi）
参考
[*]^可以把量子涨落理解成一对一对的正反粒子对不断的产生后互相消灭，只剩下能量
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