什么是黑洞?

黑洞是太空中神秘的区域，有足够的引力使黑洞弯曲空间本身的结构——被称为时空——以这样一种方式，任何东西，甚至光，都无法逃脱。任何不幸接触到黑洞的东西都会被湮灭，成为黑洞本身的一部分。但这些神秘的实体是如何运作的，又是如何形成的呢?乔治亚·米尔斯与剑桥大学天文研究所研究员马特·米德尔顿就“黑洞101”会面。

马特:用最简单的术语来说，黑洞是一个密度极高的物体，它离开一个物体的速度与它的密度有关。它的密度越大，运动的速度就越快，有一个点，它的密度大到连光都不能离开它的表面。

乔治娅-就像宇宙中最快的东西。

马特:是的，从更严格的角度来看，你可以想象一下，例如，你过去在麦当劳玩的那些游戏，你把硬币扔得到处都是漏斗状的。如果你想象自己是一枚硬币，试图从那台机器里出来，你不仅是在做慈善，而且是非常非常困难的，你可以想象，试图以光速前进，但仍然无法爬出来，这有点像黑洞。这是一个坑，当你超过了某一点，你就再也无法逃脱。

格鲁吉亚——这个不可回头的点被称为“事件视界”。我们看不到里面，因为任何进入里面的光都不会逃逸。但在这里面的某个地方就是所谓的“奇点”。在这里，黑洞的所有质量都包含在一个很小的区域里，为了在这么小的空间里容纳所有这些质量，奇点的密度实际上必须是无限的，这将我们对物理学的理解推向了极限……那么黑洞是如何形成的呢?

马特-明星们在不断地与自己战斗。它们会产生大量的辐射;这种辐射提供了向外的推力来对抗向内的引力，最终恒星耗尽燃料，引力就会胜出。它坍缩在自己身上;当它坍缩时，物质在我们所说的超新星爆炸中被扔掉。这些都是非常非常大，非常强大的事件。

格鲁吉亚——大多数恒星坍缩成更小、更稳定的大小，但如果它们足够大，所涉及的引力是如此之强，以至于没有什么能使它们稳定下来，它们就会不断坍缩，变成一个黑洞。随着时间的推移，这些黑洞会变得越来越大，吸收任何离得足够近的东西——从行星到恒星，甚至可能是其他黑洞。当你接近视界的时候呢?这就是事情开始变得有点奇怪的时候。我给你们举个例子，这是一个闹钟，让我们把它推向黑洞。滴答声越来越慢，越来越慢，那么这是怎么回事呢?

马特——我不知道一个人有多讨厌一个时钟，以至于把它扔进黑洞……

乔治亚州——我不喜欢早上起床……

马特-你真的，真的不-我们都经历过，不是吗?好的，时钟，如果它滴答作响，它会变得越来越慢，越来越慢因为它在接近黑洞;它在一个越来越弯曲的时空中存在一种叫做引力时间膨胀的东西。我们所知道和观察到的是，时钟在靠近大质量物体的地方走得更慢。所以对于时钟来说，什么都没有发生，它只是以正常的快乐速度滴答作响，但对我们来说，它似乎滴答得越来越慢，越来越慢，直到最终，它似乎完全停止滴答作响——那基本上是当它处于事件视界时。

乔治亚-好吧，现在我的时钟被毁了，我想要回来;我要把自己扔进黑洞。从我的角度来看，我会怎么样?

马特-对。好吧，一些非常糟糕的事情会发生在你身上。所以，有一种东西叫做“潮汐力”。我们知道潮汐力，它们影响着月地系统，潮汐等等。这就是为什么，如果你向一个物体下落，你的脚最初会比你的头感受到更大的拉力，所以你会被拉伸。如果你更进一步，在黑洞里，你会变得越来越薄，越来越薄，你会变成“意大利面”，这是一个——哦，这是一个讨厌的词。你开始做一些疯狂的事情，比如如果你向右或向左看，你可能会看到你的后脑勺，因为光子在黑洞周围的轨道上运动，所以这可能是一次相当疯狂的旅行。最终，很不幸，你会被无情地拉向奇点在那里你的质量会坍缩到无穷大你会贡献黑洞的质量。

Georgia:好吧，我一直在用这些问题测试你的能力。我现在要给你们一些快速提问的问题因为我们收到了很多观众的提问。每个人都对它们很好奇。第一个问题，黑洞能移动吗?

马特:哦，当然，当然。我的意思是，在轨道上，它们不会晃来晃去。你真正想到的是一个有质量的物体，所以绝对的，这个质量可以和其他质量相互作用，受到干扰，到处移动-当然。

格鲁吉亚-与其他恒星物体相比，它们有多常见?

马特:哦，真罕见。我认为我们星系中恒星质量黑洞的上限大约是1亿，但我们有数以亿计的恒星。可能有成千上万，成千上万，成千上万的黑洞，但你不会往外看，然后发现——哦，看，一个黑洞……

乔治亚-用你的双筒望远镜…

马特-是的，是的。你不会说，哦，那是什么朝我们来的。我看不见它，它是黑色的。哦，不，不是另一个。

乔治亚-黑洞都会死吗?

马特:原则上是的。这就是霍金辐射。如果你想象一个粒子在视界上产生然后断成两半;一半可以进去，一半可以出来。所以，如果你有这些被称为“假想粒子”的东西，你有电子-正电子对，一些出去，一些进来，但是出去的东西携带着一些能量，因此，黑洞本身的质量，这就是所谓的“霍金辐射”。最终，如果一个黑洞独自存在的时间足够长，最终会有足够的损失让它死亡，但损失的速率，蒸发的速率与黑洞质量的立方成正比。黑洞越大，需要的时间就越长，是的，它们最终会死亡但这需要整个宇宙的生命周期。

Georgia -最后一个问题-大型强子对撞机会产生黑洞吗?

马特-不。稍微多一点信息?

格鲁吉亚-稍微更多的信息…

马特-再多说一点，好吧。制造一个迷你黑洞所需的能量，也就是他们所担心的，是10的19次方GeV。强子对撞机运行在几TeV，所以它不能这样做。你差了一个数量级。假设的是，如果我们有多维时空，你可以降低制造迷你黑洞的门槛，到几TeV，然后有可能，大型强子对撞机，当它撞击这些质子时，可以创造这些迷你黑洞。但是，霍金辐射几乎会立即移除这些黑洞。我们不用担心。