雖然我們對黑洞了解很多，但它們仍然是宇宙中最大的謎團之一。所以，讓我們深入探討——而不是從字面上——來回答你關於這些宇宙謎團的所有緊迫問題。
首先，基礎知識。黑洞是宇宙中的一個區域，在這個區域，重力非常強大，甚至光都無法逃脫。一旦有東西穿過一個被稱為視界的看不見的邊界進入黑洞，它就永遠無法離開。在黑洞的中心有一個奇異點，在那裏，極端的重力達到無窮大，將一切擠壓成一個無限小的點。
黑洞是如何被發現的？
天文學家並不是第一次在宇宙中發現黑洞的。相反，理論物理學家發現它們隱藏在愛因史坦廣義相對論的方程式中。1915年，愛因史坦發表了他的理論，這是一種新的、改進的理解重力的方法。就在幾個月後，德國物理學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）在第一次世界大戰的戰壕裏給愛因史坦寫了一封信，在信中，他在空閑時間找到了描述球形品質球重力環境非常常見的情況所需的精確解，比如太陽在太陽系中的重力。
雖然史瓦西的解決方案立即有用，但它確實包含了一種奇怪的病理學。在距離這個巨大物體中心一個非常特定的距離處，數學運算陷入混亂。他的理論家們不太知道該怎麽解釋，但由於這個特殊的距離很小，它並沒有真正影響史瓦西解的效用。
但隨著幾十年的過去，這種特殊的距離仍然是理論家們無法觸及的。最終，物理學家們意識到，這個距離不僅僅是數學上的好奇心。如果你能以某種方式壓碎低於這個特殊距離的物體的所有物質，那麽重力就會壓倒其他所有自然力，導致物體災難性地無休止地坍塌。
這個特殊的距離現在被稱為視界，也就是史瓦西半徑。
誰給黑洞命名的？
直到1968年，黑洞才得名，這要歸功於物理學家約翰·惠勒，他認為宇宙中確實存在黑洞。其他天文學家認為，它們奇怪的性質反而表明我們誤解了重力，廣義相對論是不完整的。
1971年，天文學家證實了天鵝座X-1強X射線放射線源的存在，這場爭論就此塵埃落定。天文學家們釘選了X射線源的大小和品質，無論它是什麽，它都比任何其他已知的天文物體小得多，密度也大得多。唯一符合條件的是一個黑洞。
天文學家們看不到黑洞本身，因為光並沒有逃離他們，而是在觀察物質擠壓到視界以下時發出的光——在它陷入黑洞本身的墨黑色之前，它發出的最後一聲致命的光尖叫。
黑洞裏面是什麽？
我必須從一個小小的警告開始回答這個問題：我們不確定黑洞視界下是什麽，因為我們無法進入宇宙的這些區域。它們的內部真的永遠遠離我們的視線。但我們可以根據我們對相對論的理解做出一個很好的猜測，考慮到我們最初是透過相對論發現黑洞的，這可能是一個相當好的猜測。
黑洞內部沒有什麽東西。只是所有從視界中掉下來的東西，迅速盤旋到中心。這個中心就是奇異點，黑洞真正的中心。根據相對論，奇異點是一個無限重力的區域，但我們知道這是不正確的。我們對相對論的理解是不完整的，因為我們還無法將相對論與量子力學相調和，量子力學是宇宙中最小物體的物理學。換句話說，奇異點的存在表明我們不了解極小尺度下的重力。一個更好的量子重力理論有望解開這個謎題，但目前我們只能說，我們不確定黑洞中心發生了什麽。
黑洞是如何形成的？
我們只知道一種建造黑洞的可靠方法，那就是透過大品質恒星的死亡。當一顆比太陽大至少八倍的恒星接近尾聲時，它會形成一個由固態鐵和鎳組成的核心。恒星的其余部份，品質相當大，試圖在重力作用下坍塌到這個核心上，但它只是從它身上反彈。這種反彈會導致兩個直接的災難性影響。第一，恒星在一次壯觀的超新星爆炸中爆炸，這是宇宙中最強大的事件之一。
其次，反彈的力量會壓倒核心，導致其自行坍塌。這引發了一個品質是太陽幾倍的黑洞的形成。
然而，可能還有其他更奇特的方法來建造黑洞。在極早期的宇宙中，大霹靂後不到一秒鐘，宇宙中的隨機斑塊可能已經達到了荒謬的高密度，導致每個都不比棒球大的小黑洞出現。這些「原始」黑洞會淹沒宇宙，甚至可能在今天仍在呼嘯而過。
黑洞也可能在第一批恒星出現之前就已經形成了。在大霹靂後的數億年裏，巨大的物質團可能直接坍塌成黑洞，跳過了整個恒星形成的部份。這些黑洞將是巨大的，最初的品質是太陽的數百或數千倍。
黑洞真的是「黑」的嗎？
令人困惑的是，黑洞並不是百分之百的黑。但你不能責怪任何人堅持這個名字。畢竟，「灰洞」並不能完全喚起同樣的敬畏和神秘感，當我們發現黑洞並不是完全黑的時候，這個名字已經存在了幾十年。
廣義相對論說黑洞是完全黑的，沒有什麽能逃脫。但在1976年，著名天體物理學家史帝芬·霍金發現，在事件視界中執行的奇怪量子效應會導致黑洞緩慢發射放射線。對於一個典型的黑洞來說，它每年只會發射大約一個霍金放射線光子。但如果有足夠的時間，放射線的發射將導致黑洞失去品質，最終完全消失。
至關重要的是，這種放射線是熱放射線，這意味著它完全是隨機的，它不攜帶任何關於落入黑洞的資訊。這導致了黑洞資訊悖論，這是現代物理學中一個尚未解決的主要問題：既然資訊不能被創造或破壞，那麽當黑洞蒸發時，資訊會去哪裏？第一個成功回答這個問題的人幾乎肯定會獲得諾貝爾獎。
有人進過黑洞嗎？
不，這不會是一次有趣的旅行。對於小黑洞來說，在你到達視界之前，極端重力會把你拉伸出去，這個過程被厚顏無恥地稱為「spaghettization」。對於大黑洞來說，你可以毫發無失真地穿過視界。但一旦你越過了那個看不見的邊界，你就永遠無法逃脫，你將註定要到達奇異點，在那裏你將被遺忘。
離地球最近的黑洞是什麽？
銀河系中可能有數億個黑洞在遊蕩，但已知距離最近的一個黑洞叫蓋亞Bp。該黑洞於2022年由歐洲航天局的蓋亞任務發現（因此得名），距離1560光年。可能有離我們更近的黑洞，但這些物體非常難以探測。只有當黑洞影響周圍環境時，我們才能看到它們，比如天鵝座X-1，或者當它們合並在一起並釋放重力波時。
黑洞有多大？
大多數黑洞都被稱為恒星品質，這意味著它們的品質是太陽的幾十倍。這些絕對是每個星系的垃圾，因為它們是大品質恒星死亡的產物。
但也有更大的。小黑洞可以透過融合和吞噬新材料而生長。這些被稱為超大品質黑洞的巨星通常會悄悄地進入星系中心。位於銀河系中心的黑洞，被稱為人馬座A*，重約450萬太陽品質。然而，這位記錄保持者是一頭真正的野獸。它被恰當地稱為TON 618，重量高達660億太陽品質。值得慶幸的是，它距離地球超過180億光年，所以我們永遠不必近距離面對這種巨大的個人影響。
