01 黑洞是什么

黑洞就是一个引力很强的空间区域。任何东西—甚至连光都因为不够快，不能从其内部逃离。虽然这一概念最初是由理论物理学家通过丰富的想象构思出来的，但现在我们已经在宇宙中发现了数百个黑洞，还能计算出上百万个。尽管这些黑洞是不可见的，但它们以一种很容易被探测到的方式与周围环境相互作用，并对其产生影响。确切地说，这种相互作用的性质取决于相对黑洞的距离：太近的话是不能逃脱的，但较远的地方就会出现一些极其壮观的现象。

1964年，安·尤因（Ann Ewing）在一篇报道1963年于得克萨斯州举办的一个研讨会的文章中首次提到了“黑洞”一词，然而她从未说明是谁发明了这个词。1967年，美国物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）需要一个词作为“引力坍缩彻底的恒星”的简写，于是开始推广这个术语—不过“坍缩的恒星”这一概念早在1939年就由他美国的同事罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）和哈特兰·斯奈德（Hartland Snyder）提出来了。事实上，关于现代黑洞概念的数学基础在1915年就已经诞生了。德国物理学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）在空间中物体孤立无转动的质量的条件下解出了爱因斯坦的重要方程（在他的广义相对论中被称为场方程）。

在此之后过了20年，印度物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）研究了恒星死亡时会发生什么。以此为基础，英国的亚瑟·爱丁顿爵士（Sir Arthur Eddington）解决了一些相关的数学问题—比奥本海默和斯奈德的工作稍早一点。爱丁顿的计算表明，当大质量恒星耗尽所有燃料时会坍缩形成黑洞，不过爱丁顿自己在1935年向英国皇家天文学会宣称其物理含义是“荒谬的”。尽管这个概念看起来荒谬，但黑洞无疑是我们的银河系乃至整个宇宙物理现实的重要组成部分。1958年，美国的大卫·芬克尔斯坦（David Finkelstein）取得了更进一步的进展，他明确了黑洞周围存在一个单向表面。这对于我们将在下一章中讨论的内容具有重要的意义。这个表面的存在不允许光从黑洞内部强大的引力中脱离，而这也是黑洞是黑色的原因。要理解这种现象是如何产生的，我们首先要理解物理世界的一个深刻特性：任何运动的粒子或物体都存在一个最大速度。