不识黑洞的真面目（只进不出的貔貅）

黑洞里面究竟有什么？

近日，M87黑洞照片攻占了朋友圈

扒开模糊不清的外观

我们莫名其妙失踪的皮筋、隐形眼镜、

口红、会员卡和袜子

是不是真的都被卷进黑洞里了？

黑洞是个保密球

黑洞之所以叫黑洞是因为其表面附近极强大的引力，即使是人类定义的最快物质——光，从它身边经过也会“肉包子打狗——有去无回”。但这种强大也是有限度的，大家都知道引力与距离的平方是成反比的，那么黑洞一定有一个边界，这里引力刚好强到光跑不出来的程度，这个边界称为“事件视界”，也被简称为“视界”，视界内即为黑洞的内部。

另外，黑洞的强大不是来源于质量，而是来源于体积，物体质量越集中，表面积越小，其表面的引力就越大。地球也可以成为一个黑洞，只要有办法把它的直径压缩到8毫米以下就行。事实上，任何物体都可以通过压缩成足够小的体积来成为黑洞，只不过这些物体在被压缩的过程中，当达到一定程度后，会释放出引力波，把自己的边角修去，而逐渐成为一个球体，当其最终变成黑洞时，一定会是一个标准的球体。也就是说，不管这个黑洞在压缩以前是一部手机还是一辆汽车，成为黑洞后其本体信息都会被抹去，黑洞的形状一定都是个球。

而且不管你向黑洞中投进任何物体，比如一只猫，在进入视界的那一刻，这只猫的所有信息就跟着消失了，它变成什么样，是否还活着都完全不可考，甚至有人说你刚才扔进去的是一条柴犬你都无法反驳。黑洞这种隔绝一切信息的“保密”特质，让我们对黑洞本身及其内部发生的任何事情，都两眼“一抹黑”，因为即便人类科技强大到可以活体送一名天体物理学家进入黑洞内部做研究，并且他（她）也出色地完成了自己的任务，写出了几百篇SCI论文，但是这些论文只能留在黑洞内部，没法拿出来被大众所知。虽然靠观测和试验的方法行不通，但好在还有物理和数学的定律可以依赖。

黑洞里只有一个点

1939年，美国物理学家奥本海默基于广义相对论理论对球状恒星在自身引力作用下的坍缩做了一项计算。他发现球状恒星在坍缩成足以囚禁住表面光线的天体后，并不会就此停下来刷一会儿朋友圈，而会继续无休止地坍缩下去，直到形成一个没有体积、密度无穷大的奇点，而且任何掉进它里面的物体都会在纵向上被拉成无限长，但这个无限长又不能超出黑洞尺度有限的视界范围，于是悖论就这样产生了。

之后，各路物理学家都开始绞尽脑汁想找出奥本海默的“奇点论”到底哪里出了问题，直到1964年英国数学家彭罗斯用拓扑学的方法证明了，只要按照广义相对论，无论黑洞以什么形式坍缩而成，其中心必然存在一个奇点，若想让黑洞不存在奇点，是不可能的。这一论证虽然让众多著名的物理学家觉得不可思议，但也只能接受，好在广义相对论规定黑洞内部的事情不能影响到外部，所以就让它孤零零地存在于黑洞之中继续奇怪下去吧……

现在按照广义相对论，我们已经知道了黑洞中心存在一个密度无穷大，体积又无穷小的奇点，那么黑洞内部又是什么样子呢？

大家可以假设自己是即将要穿越事件视界的一名航天员，而且你的眼睛可以接收到任何波长的光波信息。在进入事件视界之前，眼前一定会是一片漆黑，因为你的前方就是可以吞噬一切的黑洞边界。

如果事件视界是一堵叹息之墙，那么在穿过这面墙的时候，你一定会在上面看到但丁的诗句，“所有进来的人，把一切希望都抛在后面吧！”穿过墙以后，假设你还活着，那么你会惊讶地发现，原先黑咕隆咚的世界突然变得一片光亮。因为物体在往黑洞里掉落的时候会因为彼此摩擦产生上百万度的高温，高温会发出强烈的辐射，因此会十分明亮。

这些亮光都会朝着自己的“归宿”——奇点飞去，因此奇点所在位置是最亮的地方，一路上所有物质都会被撕扯得粉碎，变成虚无，因此也不会挡在你的前头耽误你观看那个最明亮的光点。等到黑洞把周围物质吸得一干二净时，黑洞里就只剩一片虚无，因为奇点没有体积，无法看到，除了巨大的引力彰显它的存在之外，黑洞里空无一物。

黑洞里还有我们

我们所讨论的这一切在黑洞内部看到的情景都是按照广义相对论所做的推测。实际上，当物质在黑洞里不断坍缩到体积无限小时，就进入了微观领域，在这个领域内起到统治作用的是另一套物理学理论——量子力学。那么按照量子理论，黑洞里面又会是什么样子呢？

首先奇点不再是一个没有体积的点，因为量子力学理论的空间不是无限可分的，它有一个最小尺度，即普朗克长度。奇点直径最小也要与普朗克长度相若，在这样一个微小的空间里，空间不再是我们寻常所见到的光滑和连续的，而是不断冒出沸腾的“量子泡沫”，这些泡沫在什么时候，什么地方，以什么形状冒出来，完全是随机的，只能用概率来做统计。

另外，根据英国物理学家霍金使用量子力学理论对黑洞的计算，黑洞并不是一只“只进不出的貔貅”，它也向外辐射X光和伽马射线粒子，也就是说黑洞其实是会“蒸发”的。

按照量子理论，黑洞体积既然不能无限小，那么其密度就不会无限大，当物质的密度达到1050公斤/立方米时，被压缩成一个小点的物质就会反弹爆炸开来，形成一个新的宇宙。这与我们所在宇宙的“大爆炸诞生说”出奇地相似。于是科学家们就想到我们所生存的宇宙可能就存在于一个黑洞之中，这个黑洞的视界之外是一个更大的宇宙，而在我们所在宇宙的黑洞中还存在着更小的宇宙，黑洞和宇宙一层套一层地存在着，就像礼品店橱窗里的俄罗斯套娃。

物质进入黑洞，从大宇宙中消失，又凭空出现在小宇宙中，相当于在两个宇宙中开启了一个通道，物质只能单向从大宇宙向小宇宙传输。为了与大宇宙中只进不出的黑洞相对应，科学家们给小宇宙中只出不进的通道口起名叫“白洞”，而连接黑洞与白洞的通道，被称为“虫洞”，这也是很多星际探索题材文艺作品经常提到的名称。这样看来，我们人类现在就待在一层宇宙的黑洞中在观察一扇通往下一层宇宙的大门。

文/李嵩

编辑/张晓帆

监制/许斌