强势围观！5分钟，5个问答快速了解黑洞

1.据我所知，没有任何可见光能够逃离黑洞。那么，X光是怎么做到的呢？

没有任何光能够逃离黑洞——这毋庸置疑。无论是X光还是可见光都无一例外。原因在于，X光并不是从黑洞内部逃逸出来的。在黑洞之外的四周围绕着一些气体，它们在黑洞的万有引力作用下快速移动，并产生摩擦，摩擦产生热，而这些热量产生了X光和其它一些波长的电磁波。正因为我们观测到的X光来自黑洞以外，我们才能够看到它们。

2.我思考我们的宇宙和它的运行之谜，从而得到了一个理论。我知道很多类似的理论到底是否可行已经被研究过了。但是如果有幸，我想知道您的想法和解释。

我假设我们的星系（一个螺旋星系）通过一个黑洞和一个白洞来实现。黑洞吸收物质，白洞则以同样的速率喷射物质。迄今我们还不能观测或者探测白洞，也因此还没有发现它的存在。但是，如果这一过程存在的话，我可以进一步假设星系的寿命是无限的——一个星系旋臂正在消失，而另一个星系旋臂逐渐形成。星系可以连续不断地自我补充。

接下来，设想我们可以站在太空中足够远的位置，从整体上来审视宇宙。那我们很可能发现其中所有的星系形成了“宇宙旋臂”，从而构成了一个螺旋宇宙。而这个螺旋宇宙也是通过一个黑洞和一个白洞来实现的。

这一理论可行吗？它能解释宇宙的加速吗？当它加速时我们观察到的物质是否就在黑洞的附近？也许在黑洞内部的混沌中正生成着一些新的东西——它们从白洞喷射出来进而构成新的恒星、行星和卫星形成的基础。

哇！你的问题几乎涵盖了我们宇宙的大部分——从星系到整个宇宙结构。你能从如此宏观的尺度来思考真是酷毙了！

接下来我们先聊聊白洞吧。你可能已经知道了，白洞对应着爱因斯坦方程的一个解，它被认为是与黑洞对立的存在。但是，物理学中有一点需要注意，那就是一个解能使方程成立并不代表着这个解就在真实世界中存在。白洞也许就是这样一个解——大多数天文学家和物理学家并不认为它们会出现在真实宇宙中。

现在继续关于星系螺旋结构的话题。当前的理论告诉我们，螺旋结构是由一种密度波引起的。密度波是指一种通过物质起伏而传播出去的物质波——你可以通过玩具弹簧制造自己的物质波。首先和同伴各执一端拉伸玩具弹簧，不要让它左右摆动，然后把其中几个弹簧圈捏在一起，再松开。这些被捏过的弹簧圈就会在玩具弹簧上传播出去再反射回来。在这个例子里，弹簧本身的位置不变，但是那些弹簧圈依次收缩和松弛，看起来就像弹簧圈在沿着玩具弹簧来回运动一样。

星系中的旋臂貌似和那些弹簧圈一样。星系中恒星们的运行速度和旋臂的运动速度并不一致，这就意味着当一颗恒星绕着我们的星系中心运行时，它在两个星系旋臂上轮流出现，时而加入一条旋臂，随后又离开，准备着加入另一条旋臂。

你的最后一个疑问是关于宇宙螺旋结构的可能性。天文学家们曾经绘制了大约10亿光年的宇宙，发现星系们的排列或呈团状，或呈线状，或者呈现出空洞。

3.我觉得黑洞非常有趣。我有一大堆关于黑洞的问题。如果两个引力作用一样的黑洞相遇了，会发生什么呢？其中一个被另一个吸收？还是两个黑洞融合成一个重力翻倍的巨大黑洞？黑洞里面的光到底怎样了呢？它们去往哪里？是否还会回来？黑洞的重力可以反向作用从而把它吸收的所有东西都喷射回来吗？

黑洞似乎能让每个人为之着迷——这是我最初选择了天文学的原因之一。

关于黑洞很重要的一点是：在远离黑洞的地方，它看起来和同一质量的其他物质没什么两样——但是一旦靠近它，事情就变得诡异。因此，两个黑洞像两个恒星那样彼此绕转是完全可能发生的。既然这样，两个黑洞相撞也没什么不可能。如果两个质量相同的黑洞距离彼此越来越近，它们最终就会相撞形成一个质量是两者之和的新的黑洞。

你可能早就知道这一点，但是天文学家口中的黑洞有两个关键部分——奇点和视界。视界是指黑洞中“往而不返的临界点”——视界之内的一切都会保留在黑洞以内。在视界之内的黑洞中心有一个奇点——它的体积接近于零却聚集了所有的质量。

图片上传中

因此，当光经过黑洞的视界时，它就会被拉进奇点并困在那里。所有被黑洞吸收的物质和光最终都会和黑洞本身的质量一起聚集在奇点。然后，据我们所知，它们将永世不得超生。

4.光速是已知最快的速度，那么黑洞是如何将它俘获的呢？

就算光速比宇宙中的任何速度都快，它还是难逃黑洞引力的魔爪！为什么呢？

爱因斯坦告诉过我们，真正的“重”物，比如黑洞，可以轻易地把它周围的太空弯曲，使它发生“陷落”。我们可以设想：宇宙是一块完全平坦的方毯，通过四个角固定在空中。如果你丢进去一个重物，比如砖头，毯子就会向下弯曲，就像宇宙中的重物引起的反应一样。当光——由一种称为光量子的微小能量包构成——经过这些陷落的深洞，它会试图沿着曲线绕过它，但有时也会掉进去，落到重物所在的位置。而黑洞形成的这些陷落的深洞非常非常陡峭，就连运动速度最最迅疾的光也难以逃脱！

5.我希望您可以详细说明一下黑洞和白洞，反物质，虫洞的关系，还有进入黑洞的物质可能会形成的形式和可能经过的变化，哪怕是猜想也好。我知道涉及到黑洞您可用的资料非常有限……因为黑洞的存在使物理定律失效甚至导致奇怪的现象。但是，我将非常乐意听到您所能提供的所有信息。

你说的很对！基于我们现有的认知，我只能尽量做出以下解释：

A.白洞和虫洞

虫洞，又称穿越时空的“捷径”，作为爱因斯坦广义相对论的一些方程的解首次出现在我们的认知中。而白洞很可能是来自虫洞另一端的“源流”。然而令人失望的是，第一个这样的解显示，如果你试图穿过虫洞，它就会立刻倒塌并且碾碎你（也就是说，你的涉入会让虫洞不再满足方程的解）。20世纪80年代中期，卡尔·萨根的小说让可供穿越的虫洞重新点燃了大众的热情。小说描述了一个可供安全旅行的虫洞，后来被改编成了电影《接触》，你很可能看过这个电影。卡尔·萨根是一个著名的科学家，他并不想重复那些老生常谈毫无意义的科学术语，因此他邀请了他的朋友基普·索恩——加利福尼亚理工学院一位在广义相对论上造诣很深的教授——帮助自己。索恩因此和同事们一起得到了一些可能满足需求的解，即让安全穿越虫洞存在一些可能性。但是，穿越者必须由一种总能量为负的所谓的“奇异”材料构成。这听起来不可思议，但也不失为一种合理的解释。

然而，关于虫洞，关于广义上的超光速旅行，有一个有意思的现象。这种旅行意味着你可以随时超越光速，甚至回溯时光（这是爱因斯坦相对论的一个结论）。因此，如果你有一个可以穿越时空的虫洞，它就会引发一系列令人头疼的悖论。祖父悖论是其中最著名的一个：假设我是一个声名显赫但却卑鄙无耻的科学家，我发明了一个时间机器以便利用它穿越到过去，在我的祖父遇到祖母之前杀死他。但是一旦成功杀死他，他就无法生育将会生育我的我的父亲。这也就是说我无法发明一个时间机器去杀死我的祖父，这就意味着他可以顺利和祖母相知相恋生儿育女，进而生育我，那么，我就可以发明这样一个时间机器去杀了他，那么……你可以继续脑补——这样的悖论让一些人坚信时空穿越是无稽之谈，也就是说你不可能超越光速。但是，事情往往并不像看起来这样简单。

B.反物质

如果反物质落入黑洞，将会发生的事情和正常物质没什么两样：它被拉伸，被碾碎，最终聚合在奇点增加了质量。黑洞是一个公平公正的终结者。

C.黑洞中物质的形式和变化

一旦物质进入“视界”，就会被迫一路滑落最终坠入深处的“奇点”——现有理论中假设为力和密度无穷大的一点。这将意味着这里是所有物质生命线的终点。

然而，所谓假设中的无穷大对我们来说其实是不完善的。那么就有其他存在的可能性。请注意，也许最终完全毁灭是永远无法避免的。但有些人认为，最终可以以夸克的形式形成一个不可思议的密度，至少是有穷大的。我和一位研究量子理论和强引力的教授讨论了这个问题，他认为进入黑洞的物质重新形成了另一个宇宙也并非不可能。这很疯狂，而且很难找出验证这些设想的方法，但是，思考黑洞的无穷魅力正是来源于此。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

translate: 莱利

author: Cole Miller

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选文：天文志愿文章组-

翻译：天文志愿文章组-莱利

审核：天文志愿文章组-

终审：天文志愿文章组-

排版：天文志愿文章组-零度星系

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参考资料（备份）

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://www.astro.umd.edu/~miller/teaching/questions/blackholes.html

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