宇宙的奥秘—黑洞

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人类探索天文的历史，也是一部人类追求科学的历史，2500年以来，人类一步步走出愚昧，产生理性，慢慢地，就诞生了科学。
  公元前500年前后，毕达哥拉斯用数学辩证思维，提出了地球是球体的设想，于是打破了天圆地方的观念。再后来呢，又分别有托勒密的“地心说”，以及哥白尼的“日心说”，一代代的天文学家们，通过观察、假设、验证的方法，不断地推动着天文学的发展。
  现在，我们也开始对宇宙产生了强烈的好奇心，所以这些年总听有人在问，黑洞到底是个什么？黑洞是黑的吗？它有毛吗？如果不小心掉进黑洞会发生什么？推荐买一本《黑洞不是黑的》看一下。
  这本书的作者是霍金，大家都知道，他21岁时，患上了肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能说话，手部只有三根手指可以活动。
  但他这个人特别励志，虽然身体被禁锢在轮椅上，但他的大脑却好像拥有整个宇宙，而且他这么多年，一直专注于黑洞理论的研究，以研究黑洞而闻名世界，是个非常厉害的物理学家，甚至被称为是“爱因斯坦之后最卓越的科学头脑之一”。
  这本书，是霍金2016年的时候，在英国BBC里斯的演讲中，向大众传递对黑洞的洞见，其中有一个特别有意思的定理，叫做“黑洞无毛定理”。
  这个定理很牛，因为它直击自然的核心奥妙，而且还让人们终于见识了一把，真正的黑洞到底是怎么回事儿。黑洞有没有毛，一会再说，先来了解黑洞是什么。
  霍金在书里表明：“有人说，事实有时比小说更不可思议，没有什么比黑洞更体现这点了。黑洞比科幻作家的任何异想天开都要怪异，但他们已经被科学证明了存在。”
  意思很明显，一是告诉我们，黑洞这个东西非常奇特；二是说，虽然它奇特的程度，可能连科幻小说都追不上，但是科学已经证明，它就是这么真真实实的存在着。
  那么黑洞是黑的吗？当然不是，黑洞并不“黑”。为什么要叫黑洞，说的具体一点，黑洞其实也是一个天体，它的密度非常非常大，其他物体只要一靠近它，都会被它的引力所约束，就好像人在地球上被重力约束一样，不管用多大的速度都无法脱离。
  黑洞里隐匿着巨大的引力场，这种引力大到任何东西，甚至连光，都难以逃离它的掌心。再加上我们还无法直接观测它，只能通过间接地方法去研究，这才被天文学家称为“黑洞”。
  所以说，不是黑洞黑，而是因为射进黑洞的光，被它巨大的引力束缚住了，没办法反射回来，这才导致我们的眼睛看到它们时，只觉得是黑乎乎的一片。
  那么这个奇异的天体，又是怎么形成的呢？
  我们可以这样理解，宇宙中有很多质量很大的恒星，这些恒星会发生一种核聚变反应，它们在发生核聚变以后，燃料会耗尽，燃料耗尽之后呢，它们就回阻挡不住自身的引力，从而向自己的中心坍缩，如果坍缩以后它们的质量足够大的话，那么它们就会变成黑洞。简而言之，黑洞的形成，其实就是恒星自身坍缩的结果。
  那黑洞到底有没有毛呢？其实从1967年到1971年，引力物理学家们就达成了共识，黑洞其实是没有毛的。因为恒星在引力坍缩的过程中，它们大量的信息会全部丢失，最后只会剩下三个参数：质量、角动量、电荷。
  那些丢失掉的信息，都被叫做黑洞的毛发，黑洞对这些“毛发”的形状或者成分，都没有记忆，保持的只是质量、角动量。电荷，所以呢，黑洞的术语发明家惠勒，就戏称这个特性叫做“黑洞无毛”。
  也就是说，黑洞其实是一种极其简单的物体，如果知道了它的质量、角动量和电荷，也就知道了有关它的一切。“黑洞无毛”，其实也就是一种简单的命名原则。
  有趣的是，霍金还告诉我们，黑洞也是会死的，因为它会蒸发。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。
  也就是说，大黑洞温度低，但蒸发微弱；小黑洞温度高，但蒸发强烈。所以说，质量足够大的黑洞，会需要很多很多年才能蒸发殆尽；质量足够小的黑洞，蒸发的速度可以以秒计算。
  那既然，大的黑洞蒸发速度这么慢，万一航天员在工作的过程中，掉进了黑洞怎么办，按照之前的说法，什么东西都逃不出黑洞的掌心，那么航天员不就没有生还的可能呢吗？
  这就要谈到黑洞的边界了。霍金说，黑洞是有边界的天体，它的边界被称为“事件视界”。打个比方，如果一个航天员正在落向黑洞，那么这个航天员在远处他同伴的眼里，就是永远在黑洞的视界附近徘徊。
  但是呢，这个宇航员本人，在刚进入巨大的黑洞时，不会感到异样，他不会意识到，他已经跨过了一扇不可能返回的地狱之门，哪里就是黑洞的视界。
  这听起来很可怕，但是爱思考的人会提出设想啊：既然恒星在坍缩的过程中，大部分的信息会丢失，那它们就应该会释放一些能量，它会蒸发，会消失，所以落入黑洞的航天员，应该有机会逃出来的。
  那么听听霍金怎么解答的。
  霍金发现，在一个恒星坍缩呈黑洞的时空背景里吗，原先真空的量子场，会变成粒子流，这些粒子流，会从黑洞视界的附近发射出来，它们会从黑洞逃跑，它们一逃跑，黑洞的质量就开始损失，并且收缩。
  黑洞越收缩，这些粒子的发射率就越大，这就代表着，黑洞损失质量的速率也越来越大。直到最后，黑洞失去它的全部质量。这就说明，这个黑洞死了。
  那么关键来了，落入黑洞的物质和倒霉的宇航员，到底还有救吗？
  对于这点，霍金提出了一个大胆的预想：如果黑洞足够大，并且如果它在旋转的话，那么它也许具有一个通往另一个宇宙的通道。因此如果有什么物体落入到某个黑洞里面，那么这个物体，既可以逃回到这个宇宙来，还可以逃到另一个宇宙去。所以，落入黑洞的物质或者人，可能不会死，他们可能有机会逃出来，也可能进入另一个奇妙的世界。
  记住，是可能。因为任何衣蛾科学理论都不会宣称，自己是毫无条件的绝对正确，但是科学家们会通过不断地观察、假设、验证，来保证理论的迭代更新，越来越接近客观真相。
  所以呢，对于科学，也不能要求它是绝对真理，因为任何一个新的理论，都必须与旧理论兼容。新理论和旧理论的关系，就像俄罗斯套娃的包含关系一样，不会完全的推倒重来。
  就算霍金在书里质疑了爱因斯坦，但他也知道爱因斯坦的广义相对论，为后来的天文概念，奠定了不可忽视的理论基础。

科学之所以越来越进步，是因为之后的人们，能够站在前人的肩膀上。