实际上,黑洞并不是一个洞、也并非黑色的,吸到黑洞里的物质并不是绝对不能返回到外界,而黑洞也绝对不是黑色的(黑洞有颜色,不过并不是肉眼能看到的颜色,后面说黑洞和吸积盘的时候会涉及到)。

黑洞理论最原始是始于18世纪一个叫John Michel的牧师,他把光速与牛顿逃逸速度的理论结合起来,计算出一个非常有意思的天体模型。

要是我们在地球上向上抛一个石头,那么无论多大气力,它都将落回到地球上。如果我们用一个足够高的速度向地球外飞去,那么就能够像火箭一样飞出地球的引力控制范围,这个速度就是所谓的逃逸速度,对于地球来说,逃逸速度是11.2公里/秒。逃逸速度是和引力有关的,而引力是跟质量有关的。所以,如果天体的质量越大,则相对应所需要的逃逸速度也越高。

假设有一个天体质量十分巨大,大到需要比光更快的逃逸速度。这时候我们就算在它上面,把一个石头以光速向外抛去,石头的速度依旧达不到逃出天体的逃逸速度,那么它最终将会掉头并回到天体上。

于是,就有了黑洞最原始的概念——连光都不能逃出来的天体。

如今,我们重新用广义相对论的原理去看看一开始提出来的黑洞理论。引力并不是一种力,它和我们推东西、拉东西所用的“力”有极其大的不同。引力的本质,是时空卷曲。也就是,地球并未“拉”或者“吸引”住我们,而是我们的时空被地球的引力所卷曲、扭转。所以我们需要一种新的几何去计算空间扭曲的状况,才能知道怎么样的扭曲会让光跑不出来。

1916年1月13日,史瓦西计算出了第一个爱因斯坦方程的解,建立了史瓦西几何。史瓦西分析了完全没有旋转的星,同时得到了任意无旋转球状星体以外的时空曲率。但4个月后,史瓦西在俄国前线不幸染病去世了。

史瓦西预言,每个星体都存在一个依赖于星体质量的临界周长,也即18世纪那位Michel计算的周长—— 18.5公里乘以太阳质量为单位的星体质量。即如果太阳的周长减少到18.5公里的话,那么太阳将变成一个黑洞。

但这里所说的黑洞,并不是光无法逃逸出来,而是引力之大,可以让星体的表面的时空发生强烈的扭曲,以至于时间在那里都停止了流动——被“冻结”了!

因此,时空卷曲才是黑洞形成的成因,而时空卷曲也是引力的本质。用时空卷曲的概念去描述黑洞,才比较准确,而并非单纯的引力描述。

然而黑洞并不“黑”,它不是绝对无法被外界所观测到的,相反,黑洞非常地漂亮!尤其是吸积盘和喷射流黑洞,都非常壮观。在已经发现的黑洞侯选里面,有一个喷射流黑洞,所发出的高能喷射流长达几十亿光年!

黑洞不是完全黑的,它会向外辐射,而有的黑洞因为旋转非常快,周围的气体被快速地吸入到视界以内,则会产生巨大的涡流。

有的黑洞是双星系,其中一般主星是黑洞,则伴星的炽热气体会被吸入黑洞内,这样一来会形成一种十分壮观的吸积盘。同时黑洞附近的时空扭曲非常巨大,使光线产生强烈偏折,形成前所未见的“光盘”景象。

最后再来补充关于真空涨落的描述。质量和能量是一种东西的两种形式,那么真空中的能量涨落就能够导致基本粒子的形成。基本粒子能量相当小,小的质量产生一次反应连一个细胞都炸不碎。1928年,Paul Dirac就已经对类似的现象进行了描述,创立了所谓的“Dirac海洋”。一对正一反粒子对会在10 - 21秒内自动地产生和湮灭,质量更大的粒子也可能在真空中产生,然而按照量子力学的测不准原理,它们只能存活更短的时间。

黑洞的蒸发——黑洞尽管会蒸发,但黑洞的蒸发非常缓慢。若要视界蒸发掉而让我们看到黑洞的中心——宇宙最神秘的奇点,则需要极其长的时间。一个1015克的黑洞需要100亿年时间才能蒸发掉。

因而当今最伟大的数学家之一彭·罗斯提出了宇宙监督理论,认为黑洞的奇点受宇宙监督,是不能被看见的。就算要看,你也要付出代价,而且不能把它的信息带出黑洞以外。对于这点,霍金调侃了爱因斯坦一下,他说“上帝不只是掷骰子,而且还把骰子掷到了我们看不到的地方!”