進行星際旅行，經(jīng)常會遇到各種危險。例如，狂暴異常的天體。

    黑洞是現(xiàn)代廣義相對論中，存在于宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強大，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。故而，“黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體”。

    1916年，德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦場方程的一個真空解，這個解表明，如果一個靜態(tài)球?qū)ΨQ星體實際半徑小于一個定值，其周圍會產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象，即存在一個界面——“視界”，一旦進入這個界面，即使光也無法逃脫。這個定值稱作史瓦西半徑，這種“不可思議的天體”被美國物理學(xué)家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為“黑洞”。

    黑洞無法直接觀測，但可以借由間接方式得知其存在與質(zhì)量，并且觀測到它對其他事物的影響。借由物體被吸入之前的因黑洞引力帶來的加速度導(dǎo)致的摩擦而放出x射線和γ射線的“邊緣訊息”，可以獲取黑洞存在的訊息。推測出黑洞的存在也可借由間接觀測恒星或星際云氣團繞行軌跡，還可以取得位置以及質(zhì)量。

    北京時間2019年4月10日21時，人類首張黑洞照片面世，該黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質(zhì)量約為太陽的65億倍。它的核心區(qū)域存在一個陰影，周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)。愛因斯坦廣義相對論被證明在極端條件下仍然成立。

    黑洞由中心的一個由黎曼曲率張量出發(fā)構(gòu)建的標量多項式在趨向此處發(fā)散的奇點和周圍的時空組成，其邊界為只進不出的單向膜：事件視界，事件視界的范圍之內(nèi)不可見。依據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，當一顆垂死恒星崩潰，它將向中心塌縮，這里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區(qū)域的所有光線和任何物質(zhì)。

    黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程：某一個恒星在準備滅亡，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發(fā)生強力爆炸。當核心中所有的物質(zhì)都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星體，同時也壓縮了內(nèi)部的空間和時間。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進行下去，連中子間的排斥力也無法阻擋。中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的引力，使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。

    也可以簡單理解為：通常恒星最初只含氫元素，恒星內(nèi)部的氫原子核時刻相互碰撞，發(fā)生聚變。由于恒星質(zhì)量很大，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于氫原子核的聚變產(chǎn)生新的元素——氦元素，接著，氦原子也參與聚變，改變結(jié)構(gòu)，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的順序，會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至鐵元素生成，該恒星便會坍塌。這是由于鐵元素相當穩(wěn)定，參與聚變時釋放的能量小于所需能量，因而聚變停止，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部，導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬有引力抗衡，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞。說它“黑”，是因為它產(chǎn)生的引力使得它周圍的光都無法逃逸。跟中子星一樣，黑洞也是由質(zhì)量大于太陽質(zhì)量好幾十甚至幾百倍以上的恒星演化而來的。

    當一顆恒星衰老時，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點進軍，直到最后形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當它的半徑一旦收縮到一定程度（一定小于史瓦西半徑），質(zhì)量導(dǎo)致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——“黑洞”就誕生了。

    黑洞通常是因為它們聚攏周圍的氣體產(chǎn)生輻射而被發(fā)現(xiàn)的，這一過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴重影響吸積流的幾何與動力學(xué)特性。已觀測到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤。當吸積氣體接近中央黑洞時，它們產(chǎn)生的輻射對黑洞的自轉(zhuǎn)以是中央延展物質(zhì)系統(tǒng)的流動。吸積是天體物理中最普遍的過程之一，而且也正是因為吸積才形成了我們周圍許多常見的結(jié)構(gòu)。在宇宙早期，當氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢阱中心流動時形成了星系。恒星是由氣體云在其自身引力作用下坍縮碎裂，進而通過吸積周圍氣體而形成的。行星（包括地球）也是在新形成的恒星周圍通過氣體和巖石的聚集而形成的。當中央天體是一個黑洞時，吸積就會展現(xiàn)出它最為壯觀的一面。黑洞除了吸積物質(zhì)之外，還通過霍金蒸發(fā)過程向外輻射粒子。

    由于黑洞的密度極大，根據(jù)公式我們可以知道密度=質(zhì)量/體積，為了讓黑洞密度無限大，而黑洞的質(zhì)量不變，那就說明黑洞的體積要無限小，這樣才能成為黑洞。黑洞是由一些恒星“滅亡”后所形成的死星，它的質(zhì)量極大，體積極小。但黑洞也有滅亡的那天，按照霍金的理論，在量子物理中，有一種名為“隧道效應(yīng)”的現(xiàn)象，即一個粒子的場強分布雖然盡可能讓能量低的地方較強，但即使在能量相當高的地方，場強仍會有分布，對于黑洞的邊界來說，這就是一堵能量相當高的勢壘，但是粒子仍有可能出去。

    霍金還證明，每個黑洞都有一定的溫度，而且溫度的高低與黑洞的質(zhì)量成反比例。也就是說，大黑洞溫度低，蒸發(fā)也微弱；小黑洞的溫度高蒸發(fā)也強烈，類似劇烈的爆發(fā)。

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