黑洞是什么?

黑洞是宇宙中最极端的事物之一。它们的引力非常强大，可以弯曲光线甚至时间。所以，如果有人找到了一个，然后掉进去，会发生什么呢?为了了解更多的情况，剑桥大学的天文学教授克里斯·雷诺兹(Chris Reynolds)简要介绍了这些神秘的时空区域是如何运作的。

思考黑洞的最好方法是思考它是如何形成的。重力是一种难以置信的强大力量，在自然界的关键是，在某些情况下，重力实际上可以压倒所有其他力量。所以如果你有一个物体有很大的质量并且这些质量被集中到一个地方，那么你可以有这么多的质量被集中到一个地方。这个质量的引力，把这个质量压碎的引力，实际上可以压倒所有其他的物理力。物体就开始向自己下落，它向自己下落，然后继续向自己下落。没有什么能抵抗它，理论上它会一直落在一个点上。在这个过程中，有趣的事情发生了它将自己与宇宙的其他部分隔离开来。光速是任何事物的基本速度限制。所以速度限制当然是指光能走多快，但它也是信息从一个地方传播到另一个地方的速度限制。当物体开始向内折叠。 The escape velocity of that object, in other words the velocity that you have to leave with in order to actually escape the object, goes up and up and up. And at some point the object is now so dense that you would need to be thrown off it at the speed of light or faster to actually leave. And there's a point of no return that surrounds it, called the event horizon. And when you think of a black hole and you think of that black sphere, that's what you're looking at. You're looking at that, that event horizon, the point at which nothing can actually get out.

威尔-那么所有黑洞的大小都一样吗?

Chris -这是个好问题。我们知道至少有两类黑洞。有一种我称之为小黑洞，是恒星坍缩的产物，恒星的核心经历了坍缩，然后爆炸，就形成了黑洞。在此过程中，黑洞形成过程中释放的能量可以将恒星的其余部分炸成超新星。剩下的是一个质量大约是太阳10倍的黑洞。我们知道的另一类黑洞是超大质量黑洞。这些黑洞的质量在100万到100亿倍太阳质量之间。它们位于星系的中心。

威尔-都是活跃的黑洞。有没有所谓的休眠黑洞?

克里斯-这可能只是程度的问题。任何黑洞，都会有一些气体或尘埃或周围的东西进入黑洞。当气体下落的时候，它会释放一些能量，它会发光。所以当气体落入黑洞时，会有一些我们称之为黑洞活动的东西。然而，黑洞肯定有一个子集。有一小部分，也许是百分之一到百分之十的超大质量黑洞会有很多气体落入其中。有很多物质落入其中，它们真的会发光。你可以隔着很远的距离看到它们。这些就是我们通常认为的活动黑洞，术语是活动星系核。

威尔:也许黑洞最神秘的地方是中间部分。我们知道黑洞中间发生了什么吗?它能被称为中间吗?

克里斯:嗯，是的，这就是黑洞中心发生的事情的深刻奥秘。这就是所谓的时空奇点。这是它的专业术语。首先，这是一个很难理解的区域，因为理论上它有很大的不确定性，而且我们无法看到它，所以我们无法获得有关它的数据，这当然使得它很难理解。事实上，有些人甚至会说这不是科学，因为我们无法获得相关数据。时空奇点的本质实际上与史蒂芬·霍金提出的一些关于黑洞的深奥问题密切相关。史蒂芬·霍金提出了黑洞和信息是如何相互作用的问题。根据我们的标准引力理论，有一个深刻的谜团，如果你把一个黑洞，然后把一个书的硬盘扔进黑洞，那本硬盘上的书的信息应该会完全丢失。你只是破坏了这些信息。然而，作为现代物理学基础的另一个理论——量子力学告诉我们，这是不可能的。 You can't destroy information. So how do those two pillars of physics play with each other? That was a big concern of Hawking and, and many other theoretical physicists in the past few decades. And it gets very closely wrapped up with issues of that singularity.

威尔:我们很多人都看过像《星际穿越》这样的电影，它在黑洞如何影响时间方面做得很好。据推测，这一切都与巨大的引力有关。但用你自己的话来说，黑洞是如何扰乱我们对时间的概念的?

克里斯-是的。所以黑洞确实以一种非常有趣的方式扰乱了时间。从根本上说，当你接近黑洞时，时间开始变慢。这是什么意思?这意味着如果你离黑洞很远你看到一个朋友进入黑洞或接近黑洞，你可以看到他们随身携带的时钟，你开始看到他们的时钟运行得更慢你开始看到他们变老得更慢。他们当然不认为有什么问题。他们觉得时间过得很正常。但如果他们看着你，他们会看到你的时间过得很快，他们会看到你衰老得很快。这就是理论告诉我们的。事实上，考虑视界的一种方式是，这是一个不回头的点，所有这些效应都变得越来越强，直到你到达视界。 And then if you're looking from the outside, that's the point where time basically seems to stop. If your friend is right at the event horizon, you see them basically frozen in time.