宇宙中存在着一些怪物，它们能吞噬整个恒星，还能摧毁空间，那就是黑洞。数十年来它们始终都让人觉得很神秘。但现在，科学家正在设法进入它们的未知领域。他们发现黑洞不仅主宰恒星与星系，还会影响地球上的我们。
因为黑洞可能是一项让我们能了解所谓现实的真正本质的关键因素。
设想我们把居住的地球压缩成弹珠的大小，这样你会创造出极高密度的物体，连每秒前进186,000里的光都无法挣脱它极大的重力牵绊，它就是——黑洞。天体物理学家认为黑洞的形成可能是因为巨星耗尽燃料并因自身重量而崩塌。我们并不很确定，因为黑洞的存在违反了公认的物理定律。
黑洞听起来像是科幻小说的情节，但比科幻小说更棒。因为它是真实的。黑洞能让我们窥见我们对其还没有概念的世界。我们甚至还没有心理准备，不能适当地想象它的模样。设想你身处一个重力极强的诡异世界，那个世界里没有直线，你甚至看不到它，所以它兼具让人困惑与兴奋的特性。
什么是黑洞
黑洞的概念是重力定律的自然延伸，你越接近质量大的物体，重力的拉力就会越大，以阻止任何想摆脱它的东西。地表距离地心是4000里，因此地表的重力并不很强，连小孩都能抵抗它——跳起能离地2-3秒。但若你能压缩地球，让所有的质量都很靠近地心，重力的强度就会变得很大，任何东西的移动速度都无法快到足以离开地表。不仅是孩子，连光速也不例外。如果你能想象创造出密度这么大的物体，连光都挣脱不了，由于这个体系是如此的紧密，因此挣脱该物体所需要的速度就会比光速还快。
重力其实非常弱，整个地球都在拉一枚火箭，而它却只需要每秒7里的速度就能挣脱地球。而若要挣脱黑洞，那相当于将整个太阳压缩到直径只有数公里，因此移动速度必须比光速还快才能挣脱。
黑洞如何形成
加州一位天体物理学家一直设法了解黑洞的实体是如何在宇宙中形成的。他研究巨星在耗尽燃料并开始缩小时的情形。有时，我们会将处于全盛时期的恒星比作刚开始的跑步者，感觉很清新，适当地消耗氧气；恒星也是如此，它们会慢慢将氢燃烧成氦，并且从所燃烧的每一个氢原子核中获得许多能量，在它们将氢熔合成为氦之后，就会熔合越来越多的重元素，让燃料消耗得越来越快。因此，到最后就会产生铁。这是燃料已经用完耗尽时，基本上很像是到达极限的马拉松选手。但不同的是，选手可以靠饮食来恢复他的能量，垂死的恒星则是无法起死回生。它的核心再也不会产生热力和能量，重力持续往内拉，而因为没有东西可产生压力来维持形状，所以就会崩塌并产生震波。震波会往外传递炸毁整个恒星，我们就称这种现象为超新星。
巨星死去时的轰烈景象是天文学家见证过最戏剧性的事件，中国天文学家曾在1054年时观察到一枚恒星爆炸。由于非常亮，即使在白天都能观察得到。另外两枚恒星大约在400年前爆炸，这些巨大的爆炸留下了直径数百光年的气体和尘埃，到今天还能观察到，也还在扩张中。但是黑洞研究人员有兴趣的不是爆炸，而是在垂死恒星的核心所发生的事。现代天文学家从未观察到我们的星系中有恒星爆炸，但理论物理学家预测如果恒星够大，它崩塌中的核心应该会缩小，而形成黑洞。
但是这种怪异的崩塌恒星遗体真的存在于宇宙中吗？它们可能潜伏在超新星的那些气体与尘埃的中心吗？爆炸中的恒星是否真的能形成黑洞？
要形成黑洞，首先需要特定角动量，但是要形成一个旋转中的黑洞，则需要大量的角动量。有两种方法可以了解黑洞是否真在恒星爆炸时形成。A.等待我们的星系中出现超新星，然后用现代天文学的所有工具分析它。Ps：但这种情况可能一个世纪才出现一次。B.让恒星在功能强大的超级计算机里爆炸。模拟超新星的崩塌是非常困难的，因为它必须集合很多物理学原理。包括重力的广义相对论、崩塌气体的流体力学以及粒子物理学等。做这种模拟如同做一次精准的气象预测。
让人惊讶的是，大部分可靠的模拟都没有爆炸，只是崩塌而已。基本上就是一切到最后都没入黑洞中，恒星会缓慢而稳定地消失。大部分恒星或恒星的一大部分会凭空消失可能是真的。黑洞会静静地形成，这些宇宙吞噬者可能就隐藏在我们周围，而我们却不知道。（不寒而栗啊~）
如何找到黑洞？
要找到黑洞是极为困难的。就算它不是黑的，也不会辐射能量，它的直径假设是20里，在十光年的距离之外是不可能找到它的。
但德国天文学家Reinhard Genzel却认为银河系中心就存在巨大的黑洞。而他发现将会推翻我们对宇宙是如何运作的所有概念。1931年，一位贝尔电话公司的研究员正在测试一套新系统，它将把美国大陆的信息传送到欧洲，但背景噪音让他很苦恼。排除一切可能干扰后，他发现一个奇怪的讯号始终存在，每当天线指向人马座，噪音变得很大声，人马座恰好位于银河系的中心。那不像是恒星会发出的讯号，天文学家开始怀疑它是否来“黑洞”。
但是当时并无法证实，银河系的中心被一层厚厚的尘埃遮蔽，无法看见。后来，在25年前，一位德国的天文学家Reinhard找到了看穿遮蔽物的方法。他认为问题在于我们是位于银河系中，而银河系中心则是位于我们所在的整个庞大的螺旋星系的中央，有很多脏东西、尘埃和气体阻挡在我们与银河系中心之间，因此无法观察。但是用较长波长的光就能穿透那些尘埃。
红外线就是波长较长的光，很适合用来穿透遮蔽物。但它很难穿透地球大气层中的水蒸气。于是，Reinhard就前往地球最高、最干燥的地方——智利亚他加马沙漠。自1992年开始，他与他的团队就开始旷日持久地寻找银河系中心产生奇怪噪音的物体。他们发现在宇宙中心有一群很稠密的恒星，在银河系的正中央，一切都围绕着它运行。他们怀疑或许那里有啥东西。Reinhard认为黑洞可能就像是一个巨大的重力中心，让数十枚恒星围绕它运行。于是他开始了长期作战，他每年拍一组照，标出恒星的动态，并且用一种称为自动调光学的新技术来让这些遥远恒星的影像更清晰。数年之后就出现了让人惊讶的模式，恒星在移动，而且移动得很快。一开始十几枚，接着是二十几、三十几枚恒星，都以极高的速度围绕着中心的一个完全漆黑且密度极高的物体运行。这会是黑洞存在的第一个证据吗？
黑洞存在于银河系的中心吗？
如何证明看不到的黑洞是存在的呢？
虽然光线无法挣脱黑洞，但是还有重力。比如，在太阳系的中央有太阳和其他行星，较外围的行星围绕太阳运行的速度很慢，距离太阳越近的行星，运行的速度越快。如果将太阳挡住，结果就是在正中央有一个物体质量等于太阳，行星就绕着它运行。这就是Reinhard论证黑洞的方式。
Reinhard是第一位真正发现黑洞存在的人。此外，他的团队还发现一个在其生命周期中已吞噬数百万恒星的物体。天文学家将它称为超大质量黑洞。
黑洞中发生了什么？
如果恒星、行星甚至是人类太接近黑洞会发生什么事？潜伏在银河系中央的是一种完全看不见的物体，但它的重量却等同于400万颗行星。天文学家目前认为几乎每颗星系在它的核心都有一个超大质量黑洞。那么，它们是什么呢？
天文学家Juliet一直在研究数十个遥远星系的中心，尝试找到黑洞的踪迹。她观察到在星系的中心都有一个超大质量黑洞。所谓超大质量是指质量比太阳多100万-10亿倍，气体飘到其上空时，就会发现超大质量黑洞。在气体即将被吸进去之前，它会被加热并发出许多能量，所以会显得很亮。Juliet还发现到一个现象，宇宙中有一场舞会在进行着，它的规模大得难以想象。你会看到两处速度不同的最亮点。Juliet不经思考如果两个星系中心各有一个黑洞，当相撞时，那些质量庞大的物体会怎样呢？
当两个中心有黑洞的星系相撞时，它们不会正面撞上，而是会开始旋转，就像跳华尔兹一样。Juliet检测这些跳舞中黑洞的方法就是观察它们发出的光。所以对那些朝我们而来的黑洞，她可以侦测到波长较短的光聚集在一起，所以看起来会比较蓝。而对那些离我们越来越远的黑洞，我们可以看到比较红，波长较长的光。所以，黑洞在跳华尔兹时，就会有这种红光和蓝光的特征。
在众多的星系中，黑洞都成双成对并在漆黑的宇宙中相伴共舞。
爱因斯坦将空间与时间视为有弹性的物质，可以被重力扭曲。黑洞只是这种物质里一口很深的井罢了。当两个黑洞彼此靠近时，这两口绕轨道运行的井会搅动时空，并传送出能传递到宇宙各处的涟漪。这些波会以光速前进，传递到宇宙各处。如果我们能掌握到时空本身的颤动，我们或许还能听到它们的碰撞之声。
在过去几年，Jane与她同事一直在监测黑洞在绕着彼此旋转时所发出的声音。制作模型需要大量复杂的运算，以及长达数月的超级运算。模型中，小黑洞环绕较大黑洞的轨道，它会发出击鼓的声音，而鼓就是时空本身。一开始的频率较高，速度也较快。直到它掉进大黑洞，进入它的咽喉，然后两个黑洞会一起发出声音，到最后形成一个黑洞。
因为黑洞将空间与时间搅动得很厉害，一个黑洞环绕另一个黑洞时的轨道看起来一点都不像地球环绕太阳时的轨道。它的轨道会进来环绕黑洞，接着会绕一整个圆形的循环之后才再绕出去。因此，轨道不是椭圆形，而是宛如三叶草的形状。Juliet很吃惊，因为宇宙中最重的两个物体彼此环绕时的路径图跟两个最轻的物体（原子内部的质子和电子）彼此环绕时非常相似。
我们谈到一般的物体，甚至是人类时，他们绝不会一模一样。即使是复制出来的人，也不会完全一模一样。在这方面，人与一般物体都不像基本粒子，是可区分的。但黑洞就相当不同，黑洞像基本粒子！目前，这个概念只是假设。但在5年内，敏感度超强的探测器应该就能掌握两个庞大的黑洞在环绕彼此时，在空间产生的涟漪。
霍金理论
连接很大与很小物体物理学的第一步始于霍金在1974年的理论。很小物体理论，量子力学，预测空间中应该充满着粒子与反粒子。它们成对存在，接着在极短的时间之后就会彼此消逝。这些粒子存在的时间极为短暂。因此不被认为是真实的一部分。物理学家将它们称为虚粒子。但霍金认为宇宙中有一个特别的地方，能让这些粒子变成真实：在黑洞周围的空间中，有一条称为事件视界的隐形线条，在那条线外重力的作用太弱，无法困住光线。在线内，什么都无法逃脱重力的拉力。如果一对虚粒子恰好在事件视界之外形成，那么其中之一可能会在重新结合之前就越过了那个不归点，掉进黑洞。它留下的同伴就逃脱了，成为真正的辐射，霍金辐射。
如果霍金是对的，那黑洞就应该不是黑的，它们应该会发光，只是光线非常微弱。
Jeff Stinhauer找到了方法来测试霍金理论。他创造了一个音波的黑洞！只能吸收音波，只以十万个原子构成质量很小。他制造音波黑洞的方法是从一些微小的铷原子开始，将它们冷却到华氏零下459度。原子在流动时，流速比音速还快，如果有音波要往原子流的反方向移动，就无法前进。这就类似真正的黑洞。因光波无法挣脱强大的重力。Jeff目前还未侦测到，但他认为只要改进他的实验，一年内应该能探测到。
世界顶尖的物理学家Leonard Sasskind在16岁时是个水管工。他的弦论的发明跟水管有很多关联。30年前，他当时在旧金山听霍金的演讲，在那次演讲中霍金主张很特别——黑洞似乎违反了很重要的物理原则，这个原理称为讯息守恒。
霍金认为对被黑洞吸入到核心的每盎司物质来说，都会从事件视界辐射出等量的能量。但因为黑洞的中心与事件视界之间没有实体的连接，所以这两个步骤无法分享任何讯息。从物理学基本原理的角度看，讯息是不会遗失的。所以这如同灾难。不过霍金宣称宇宙中有某些特殊的地方会打破物理基本原则。讯息进入黑洞时会如何？根据霍金的答案，它就像进入了排水管，从此完全消失于宇宙。这从根本违反了物理学原理。如果霍金是正确的，这意味着大部分现代物理学都有严重瑕疵。黑洞在它们的生命周期内吞噬恒星，却未留下任何记录。根据霍金的说法，黑洞不会搅乱讯息，它会完全摧毁讯息。
进入黑洞后会发生什么？
会被黑洞消灭吗？
死与生的悖论
Leonard用一个宇宙思考实验来验证黑洞。航天员Alice和Bob，以及黑洞。Bob在宇宙飞船里环绕着黑洞飞行，Alice决定要跳进黑洞。Bob会看到Alice掉进黑洞，她越来越接近事件视界，但速度会变慢。因为黑洞的重力会严重地扭曲，事件视界附近的时空爱因斯坦的相对论预测Bob会看到Alice的速度越来越慢，直到停下来完全静止。另一面，Alice的情况则完全不同，她掉进黑洞完全没感觉到痛苦，只有在她接近内部时，才会感动不舒服。她感到自己被越来越扭曲，直到死亡。
这两种描述显然充满矛盾，在一个版本中，她死了。而另一版中，她被冻结在时空里，但还活着。如何解决这个悖论？Leonard突然想到基本粒子不仅是我们所看到的表象，如螺旋桨在高速旋转时，看起来就只有一个简单的粒子。但若你有高速相机，就能捕捉到它旋转的画面。你会发现它不只是你所了解的那样，它还有叶片。在弦论中，基本粒子在振动之上还有振动，就好像螺旋桨，在叶片的末端还有更多螺旋桨。每个螺旋桨的转速都比之前的快。用高速相机拍摄，就会看到画面中出现越来越多的结构。粒子似乎会成长，会持续成长到充满整个宇宙为止。
Leonard意识到黑洞就像是吉高速的相机，物体在接近事件视界时，它显然会降低该物体的速度。现在来进行另一场思考实验，Alice驾驶一架飞机，动力是一具弦论螺旋桨，她飞过事件视界。自始至终，她只看到螺旋桨中央的旋翼叶毂。在黑洞中心，她遭遇相同。一些飞机碎片伴随她。但Bob看到的则很不一样，首先他会看到第一个螺旋桨，接着螺旋桨的速度进一步减慢时，他会开始看到外部螺旋桨有点像一个接一个结果整个螺旋桨会变得越来越大。最后大到足以遮蔽整个事件视界。
这两种景象看来不再矛盾，Leonard将其称为全像原理。他认为黑洞的事件视界就是在其中心的三维度物体的二维度呈现。解决了讯息遗失的问题。每个掉进黑洞的物体都会把痕迹留在中心部分，以及在事件视界处微微发亮的全像图上。黑洞从事件视界发出霍金辐射时，那辐射就会连接到掉入的物体，讯息并没有遗失。
Leonard的这个理论让我们对世界有了重新认知。就像有两种版本来形容你和我，以及房间里的一切，一个是一般所认知的三维度现实世界，而另一个就像房间墙壁上的全像图。看起来混乱，但其中仍有着完全相同的讯息。讯息是储存在某种全像影片上的，地点是在宇宙的边缘。
在某种意义上，三度空间只是真实世界的一个版本；另一个版本存在于数十亿光年之外的全像影片上。这两种现实为何会同时存在，是目前物理学界必须解开的最大谜团。从这一切所衍生出的最大挑战之一，就是了解空间本身。为何三维度的空间会把所有的讯息都存储成二维度的全像图，黑洞带来了这些挑战，并让这些挑战变得更难以克服。因为，黑洞实际上是一般空间无法存在的地方，空间是如何出现的？这正是我们下一步要去思考的问题。
黑洞在过去近一个世纪中一直吸引着人们。我们把它想象成是时光机，是前往平行宇宙的快捷方式。以及有一天会吞噬地球的灾难。这些想法有一天或许会得到证实。它微微发光的表面似乎在告诉我们，我们所认为在这里的一切都会反射到我们神秘的宇宙边缘。
