中国天文学家利用LAMOST发现了迄今为止最大的恒星黑洞LB-1的艺术图像。物理学家史蒂芬·霍金在他最近的著作《十个问题》中写道：“事实有时比小说更精彩。黑洞是最真实的表现。它们比科幻小说作家想象的任何东西都精彩。”今天，中国天文学家发现了一个恒星黑洞。11月28日，中国科学院国家天文台在北京宣布，该天文台刘继峰、张浩彤的研究团队依托中国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜，发现了一个恒星黑洞迄今为止最大的质量。黑洞的质量大约是太阳的70倍，远远超出理论预测的质量上限，可以称之为恒星黑洞之王。

黑洞是一个非常巨大的物体，就像宇宙的“吞咽口”。1915年，爱因斯坦提出广义相对论。之后，德国物理学家卡尔·史瓦西推导出爱因斯坦场方程的精确解，表明黑洞的存在。刘继峰认为，黑洞最大的特点之一是“密度惊人”。它有多大？将太阳质量的10倍压缩成北京六环大小的球体，这是黑洞的密度。因此，黑洞具有很强的吸引力。任何试图“逃离”它的物质都会失败，即使是最快的光。

刘教授告诉记者，黑洞本身并不发光，天文学家要在浩瀚的宇宙中找到它们并不容易。他举了一个例子：虽然黑洞不发光，但当它们与正常恒星形成双星系统时，就会表现出“凶猛”的样子。利用一种强大的“恒星吸收法”，它们吸收伴星上的气体物质，形成吸积盘，并发射出明亮的X射线，就像这些物质被黑洞吞噬之前的“回光”。这个“光”是天文学家追踪黑洞的有力线索。

2015，天文学家首次发现的引力波为黑洞的存在提供了更具体的证据；2019，天文学家花了10年时间在四大洲八个观测点捕捉黑洞的视觉证据，这是黑洞的第一个“面”，使得这个曾经“看不见的”天体看起来像。黑洞、白洞和虫洞都是广义相对论的产物。黑洞是宇宙缩小的区域，是吞噬物体和光的“陷阱”；黑洞是宇宙膨胀的区域，各种高能物质和光从中涌向宇宙。

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。

黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。虽然这么说，但黑洞还是有它的边界，既“事件视界”。据猜测，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。另外，黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡极限的恒星演化到末期而形成的，质量小于钱德拉塞卡极限的恒星是无法形成黑洞的。

黑洞其实也是个星球，只不过它的密度非常非常大，靠近它的物体都被它的引力所约束，不管用多大的速度都无法脱离。对于地球来说，以第二宇宙速度，11．2km/s，来飞行就可以逃离地球，但是对于黑洞来说，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了光速，所以连光都跑不出来，于是射进去的光没有反射回来，我们的眼睛就看不到任何东西，只是黑色一片。

根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。等恒星的半径小到一特定值，天文学上叫“史瓦西半径”时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。

爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞，但爱因斯坦曾拒绝这个预言。

那时，“黑洞”之名还未崛起，被称为“史瓦西奇点”的它，与如今的声名赫赫大相径庭。爱因斯坦、爱丁顿等广义相对论大牛都视其为200多年前“暗星”的一种虚妄延续。

从1783年的猜测，到1916年至1960年的争论，物理学家实际都在讨论黑洞是否存在这个问题。

在激烈的讨论中，黑洞逐渐建立起了其宇宙咖位，即便在这几百年间遭遇了太多的误解，但依旧保持风度地走进了当今物理学家的视野，并越发深入人心。

从初识，到相知，我们对黑洞到底有过那些误解？而如今我们又是如何看待它的呢？

1783年，一个英国人在假想的星球上向天空开了一炮，炮弹出堂速度为30万公里/秒……

这个人是英国自然哲学家 米歇尔 （John Michell），他大胆将当时盛行的 光粒子说 与牛顿的 引力定律 进行了结合，做了一个光炮弹的思想实验。

那时人们已经知道，虽然我们都被引力束缚在地球上，但只要速度足够大就可以摆脱地球的引力束缚。能摆脱这种束缚的最小初速度，称为 “逃逸速度” 。在地球表面，这个速度为112公里/秒。

反过来说，如果速度达不到逃逸速度，物体都会被引力拽下来。

米歇尔用牛顿的引力定律，证明了一个天体逃逸速度的平方与其质量成正比，与其半径成反比。质量不变半径越小，天体的逃逸速度就越大。

如果能压缩一个星球的半径，逃逸速度就可以超过30万公里/秒，这意味着这个星球让光都无法逃逸。在这样的星球上，米歇尔的光炮弹永远无法飞向太空。

以地球为例，只需将其压缩到半径仅1/3英寸，一颗巧克力豆大小，就会产生这样的效果。

这样高密度的星球可能吗？米歇尔认为可能，他甚至觉得夜空中存在着大量这样看不见的幽冥星球，并称呼它们为 “暗星” ，这就是最早、最原始的黑洞概念。

1783年11月27日，米歇尔向皇家学会汇报了关于暗星的预言。13年后，法国自然哲学家 拉普拉斯 （Pierre Simon Laplace）才在他的名著《宇宙体系论》的第1版里，提出了相同的预言。

然而1808年，托马斯·杨（Thomas Young）发现了光的双缝干涉现象，让当时光学“波粒之争”的天平倾向了惠更斯（Christiann Huygens）提出的波动说。牛顿光粒子说的主流地位由光波动说所代替。

像炮弹一样受引力影响的光粒子变成了似乎不会受引力影响的光波（那时的人们还不知道引力会对光波产生怎样的作用）。大概因为这个原因，拉普拉斯的《宇宙体系论》从第3版开始删除了有关暗星的描述。暗星概念随之沉寂，无人问津。

直到100年后，爱因斯坦平衡了光学的理论天平，终结了光的“波粒之争”，发展出了光的“波粒二象性”。

1915年11月，广义相对论更是横空出世，让物理学家再次建立起了引力对光作用的认知，只是这一次是以“时空曲率”的概念。 引力是时空曲率的直观感受，而光与一切物体在不受外力的情况下，必定在时空中以“短程线”运动。

所谓的“短程线”，可以说是时空中真正的最短路径，而日常说的“直线”更多是一种感官定义。

广义相对论发表后，不到一年。1916年，米歇尔和拉普拉斯的暗星预言，经一位德国炮兵校尉：史瓦西（Karl Schwarzschild）之手，以一种更加古怪的方式呈现在了物理学界。

当时，还在俄国前线战壕蹲坑的史瓦西，以一种简洁有效的方式：抛弃天体复杂的旋转问题，根据广义相对论的场方程，计算出了任意无旋转球状天体内外的时空曲率，并得出了一个描述黑洞的精确解。

以光速为逃逸速度，任何天体都有一个以史瓦西半径，这也刚好对应米歇尔和拉普拉斯计算出的暗星临界周长。不过因为有“时空曲率”概念的加持，空间的卷曲意味着光无法逃离，时间的卷曲还意味着时间流速的减慢（时间膨胀效应）。

然而，爱因斯坦对“天体被压缩到史瓦西半径之后”会塌缩为一个奇点的观点却皱起了眉头。

在欣赏史瓦西计算出的天体时空曲率的同时，爱因斯坦却不认为自然界存在“史瓦西奇点”，毕竟没有什么天体是不旋转的。再加上对恒星塌缩的不了解，爱因斯坦武断拒绝了广义相对论的这个理性财产。

1939年，爱因斯坦甚至还专门发表了一篇广义相对论的计算文章，以解释自然界为什么不可能存在“史瓦西奇点”。

他假想了一个靠着引力吸引而聚集在一起的运动粒子集团，然后通过计算证明了当这个集合越来越紧密时，球面上的引力就会增强，而在球面上运动的粒子为了产生足够的离心力，就必须运动地更快。

然而，当这个集团小于15倍临界周长时，引力会变得非常巨大，表面上的粒子就不得不超过光速。所以粒子集团不可能小于15倍临界值。

甚至爱因斯坦还计算了天体内部压力，得出当一个天体的周长被压缩到1125倍临界周长时，中心的压力就会成为无限大，但无限大的压力不可能存在。所以天体也就不可能小于1125倍临界周长。

爱因斯坦的计算是正确的，但他的理解却错了。这是因为在那个时代，物理学家们有一种倾向性观念：一个天体能得以存在，必须内力与外力平衡。然而事实却是内力是可以舍弃的。

在这次认知黑洞的战役中，曾帮助爱因斯坦洞察引力的直觉，却阻碍了他对黑洞的洞察。由此可知，正确的结果有时并不一定能得到正确的答案。

从20世纪20年代到50年代，物理学家对“史瓦西奇点”的研究，实际上都只在针对一个问题：自然界允许存在这种物体吗？

直到60年代后期，数学家克尔计算出了旋转黑洞的精确解，天文学界在黑洞观测上也有了进一步的发现，支持黑洞存在的证据开始压到一切质疑。1967年，“黑洞”这个名字正式被美国物理学家 约翰·阿奇博尔德·惠勒 （John Archibald Wheeler）叫响。大多数物理学家才开始认真面对黑洞。

60年代以前，人们主要都是利用广义相对论研究黑洞的时空结构。这个时代黑洞物理学研究的主要成就，属于黑洞的经典理论。

如1967年，由沃纳·以色列（Werner Israel）证明的 “无毛定理” ，该定理规定事件视界必须是完全平滑的，以此定理还可推导出黑洞在宏观上只由 质量、角动量、电荷 三个物理量决定，进阶为 “三毛定理” 。

以及1971年，霍金证明的黑洞 “面积定理” ，即在黑洞事件视界面积在顺时方向永不减小。这意味着黑洞只能合并，绝对无法分裂。当时霍金还根据经典理论证明了黑洞的温度是绝对零度，不过这后来被他自己又证伪了。

60年代后，黑洞开始了全新的热力学方向的研究。

在以色列物理学家雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)的黑洞熵概念的启发下，1974年霍金提出了“霍金辐射”，即由于真空涨落，在黑洞附近产生的虚粒子对，有可能被事件视界分开，一个虚粒子掉进黑洞，另一个成功逃跑，进而转变为一个实粒子。

这在远处的观察者看来，就像黑洞在辐射一样。而且由于黑洞内外时空结构的不同，掉进去的大多是负粒子，所以黑洞会由于霍金辐射而失去质量。辐射也意味着黑洞有温度。

一个5倍太阳质量的黑洞，理论温度约10^-7K，不吃不喝也需要10^62年才会消失殆尽。黑洞的温度与质量成反比，所以黑洞质量越小，辐射越强，温度越高，寿命也越短。

霍金辐射的出现，可以说开启了黑洞量子领域的研究。黑洞会蒸发，意味着它吃进去的信息总有一天会消失，这是量子力学不允许的，为了对抗黑洞信息悖论，出现了 互补原理 、 全息原理 ，进而又引出了 黑洞火墙悖论 。

至今，如何处理这些悖论依旧是一个谜。

总之，诞生于广义相对论的黑洞，其具体的特性却需要量子力学来描述，而爱因斯坦对量子力学一直持有“不完备”的质疑，或许这也是他对黑洞产生原始抗拒的由来。

然而正因如此，物理学家越来越着迷于黑洞，因为在黑洞研究的领域里，物理学家似乎找到了使20世纪物理学最伟大的两个成就： 广义相对论 与 量子力学 结合的可能性。

为了触及“万物之理”的物理圣杯（即一个单一理论解释所有物理现象），深层次认知黑洞就成为了至关重要的一步。