虽然我们对黑洞了解很多，但它们仍然是宇宙中最大的谜团之一。所以，让我们深入探讨——而不是从字面上——来回答你关于这些宇宙谜团的所有紧迫问题。
首先，基础知识。黑洞是宇宙中的一个区域，在这个区域，引力非常强大，甚至光都无法逃脱。一旦有东西穿过一个被称为视界的看不见的边界进入黑洞，它就永远无法离开。在黑洞的中心有一个奇点，在那里，极端的引力达到无穷大，将一切挤压成一个无限小的点。
黑洞是如何被发现的？
天文学家并不是第一次在宇宙中发现黑洞的。相反，理论物理学家发现它们隐藏在爱因斯坦广义相对论的方程中。1915年，爱因斯坦发表了他的理论，这是一种新的、改进的理解引力的方法。就在几个月后，德国物理学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）在第一次世界大战的战壕里给爱因斯坦写了一封信，在信中，他在空闲时间找到了描述球形质量球引力环境非常常见的情况所需的精确解，比如太阳在太阳系中的引力。
虽然史瓦西的解决方案立即有用，但它确实包含了一种奇怪的病理学。在距离这个巨大物体中心一个非常特定的距离处，数学运算陷入混乱。他的理论家们不太知道该怎么解释，但由于这个特殊的距离很小，它并没有真正影响史瓦西解的效用。
但随着几十年的过去，这种特殊的距离仍然是理论家们无法触及的。最终，物理学家们意识到，这个距离不仅仅是数学上的好奇心。如果你能以某种方式压碎低于这个特殊距离的物体的所有物质，那么重力就会压倒其他所有自然力，导致物体灾难性地无休止地坍塌。
这个特殊的距离现在被称为视界，也就是史瓦西半径。
谁给黑洞命名的？
直到1968年，黑洞才得名，这要归功于物理学家约翰·惠勒，他认为宇宙中确实存在黑洞。其他天文学家认为，它们奇怪的性质反而表明我们误解了引力，广义相对论是不完整的。
1971年，天文学家证实了天鹅座X-1强X射线辐射源的存在，这场争论就此尘埃落定。天文学家们锁定了X射线源的大小和质量，无论它是什么，它都比任何其他已知的天文物体小得多，密度也大得多。唯一符合条件的是一个黑洞。
天文学家们看不到黑洞本身，因为光并没有逃离他们，而是在观察物质挤压到视界以下时发出的光——在它陷入黑洞本身的墨黑色之前，它发出的最后一声致命的光尖叫。
黑洞里面是什么？
我必须从一个小小的警告开始回答这个问题：我们不确定黑洞视界下是什么，因为我们无法进入宇宙的这些区域。它们的内部真的永远远离我们的视线。但我们可以根据我们对相对论的理解做出一个很好的猜测，考虑到我们最初是通过相对论发现黑洞的，这可能是一个相当好的猜测。
黑洞内部没有什么东西。只是所有从视界中掉下来的东西，迅速盘旋到中心。这个中心就是奇点，黑洞真正的中心。根据相对论，奇点是一个无限重力的区域，但我们知道这是不正确的。我们对相对论的理解是不完整的，因为我们还无法将相对论与量子力学相调和，量子力学是宇宙中最小物体的物理学。换句话说，奇点的存在表明我们不了解极小尺度下的引力。一个更好的量子引力理论有望解开这个谜题，但目前我们只能说，我们不确定黑洞中心发生了什么。
黑洞是如何形成的？
我们只知道一种建造黑洞的可靠方法，那就是通过大质量恒星的死亡。当一颗比太阳大至少八倍的恒星接近尾声时，它会形成一个由固态铁和镍组成的核心。恒星的其余部分，质量相当大，试图在引力作用下坍塌到这个核心上，但它只是从它身上反弹。这种反弹会导致两个直接的灾难性影响。第一，恒星在一次壮观的超新星爆炸中爆炸，这是宇宙中最强大的事件之一。
其次，反弹的力量会压倒核心，导致其自行坍塌。这引发了一个质量是太阳几倍的黑洞的形成。
然而，可能还有其他更奇特的方法来建造黑洞。在极早期的宇宙中，大爆炸后不到一秒钟，宇宙中的随机斑块可能已经达到了荒谬的高密度，导致每个都不比棒球大的小黑洞出现。这些「原始」黑洞会淹没宇宙，甚至可能在今天仍在呼啸而过。
黑洞也可能在第一批恒星出现之前就已经形成了。在大爆炸后的数亿年里，巨大的物质团可能直接坍塌成黑洞，跳过了整个恒星形成的部分。这些黑洞将是巨大的，最初的质量是太阳的数百或数千倍。
黑洞真的是「黑」的吗？
令人困惑的是，黑洞并不是百分之百的黑。但你不能责怪任何人坚持这个名字。毕竟，「灰洞」并不能完全唤起同样的敬畏和神秘感，当我们发现黑洞并不是完全黑的时候，这个名字已经存在了几十年。
广义相对论说黑洞是完全黑的，没有什么能逃脱。但在1976年，著名天体物理学家斯蒂芬·霍金发现，在事件视界中运行的奇怪量子效应会导致黑洞缓慢发射辐射。对于一个典型的黑洞来说，它每年只会发射大约一个霍金辐射光子。但如果有足够的时间，辐射的发射将导致黑洞失去质量，最终完全消失。
至关重要的是，这种辐射是热辐射，这意味着它完全是随机的，它不携带任何关于落入黑洞的信息。这导致了黑洞信息悖论，这是现代物理学中一个尚未解决的主要问题：既然信息不能被创造或破坏，那么当黑洞蒸发时，信息会去哪里？第一个成功回答这个问题的人几乎肯定会获得诺贝尔奖。
有人进过黑洞吗？
不，这不会是一次有趣的旅行。对于小黑洞来说，在你到达视界之前，极端重力会把你拉伸出去，这个过程被厚颜无耻地称为「spaghettization」。对于大黑洞来说，你可以毫发无损地穿过视界。但一旦你越过了那个看不见的边界，你就永远无法逃脱，你将注定要到达奇点，在那里你将被遗忘。
离地球最近的黑洞是什么？
银河系中可能有数亿个黑洞在游荡，但已知距离最近的一个黑洞叫盖亚Bp。该黑洞于2022年由欧洲航天局的盖亚任务发现（因此得名），距离1560光年。可能有离我们更近的黑洞，但这些物体非常难以探测。只有当黑洞影响周围环境时，我们才能看到它们，比如天鹅座X-1，或者当它们合并在一起并释放引力波时。
黑洞有多大？
大多数黑洞都被称为恒星质量，这意味着它们的质量是太阳的几十倍。这些绝对是每个星系的垃圾，因为它们是大质量恒星死亡的产物。
但也有更大的。小黑洞可以通过融合和吞噬新材料而生长。这些被称为超大质量黑洞的巨星通常会悄悄地进入星系中心。位于银河系中心的黑洞，被称为人马座A*，重约450万太阳质量。然而，这位记录保持者是一头真正的野兽。它被恰当地称为TON 618，重量高达660亿太阳质量。值得庆幸的是，它距离地球超过180亿光年，所以我们永远不必近距离面对这种巨大的个人影响。
