黑洞的事件视界：光子、引力、意大利面化，以及想象力的界限

4月10日，国际事件视界（Event Horizon）望远镜项目发布了其黑洞成像计划的第一批结果。结果不出所料，黑洞的照片是个黑色的洞，想搞清楚“为什么黑洞是黑色的”，我们首先要清楚“事件视界”。

事件视界是什么？

我们知道，人类的视力与光有关：一个物体反射的光子进入人的眼球，落到视网膜上，形成了物体的倒像，然后大脑把画面转过来，就形成了最终的视觉。也就是说，人类看东西需要有光，而黑洞的引力往往能将光束缚起来，所以我们看黑洞是黑色的（确切地说是无色无光），黑洞最外层的“黑边”就是事件视界。

事件视界与物体的逃逸速度有关，所谓逃逸速度就是一个物体为了逃避黑洞的引力而需要超过的速度。某物越接近黑洞，它逃离黑洞巨大引力所需的速度就越大。事件视界是逃离黑洞引力周围的阈值，它的逃逸速度超过光速。

根据爱因斯坦的狭义相对论，没有什么能比光速更快地穿越真空。这意味着黑洞的事件视界基本上是没有任何东西可以逃离的边界，所以事件视界（event horizon）这个名字是指不可能目睹的在该边界内发生的任何事件，即人们无法看到的眼界极限。

哈佛大学天文学主席阿维·勒布曾经比喻说：“事件视界就像一堵终极监狱墙，人们可以进入，但永远不会离开。”

当某物接近事件视界时，观察者会看到某物的图像变红并变暗，这是因为引力扭曲了来自该物品的光线。在事件视界，这个图像最终会淡化为无形，也就是说某物隐形了。

在事件视界中，人们会发现黑洞的奇点，之前的研究表明，某物如果进入黑洞，组成它的物质会坍缩到无限密集的程度。

这意味着奇点周围的空间和时间结构被无限度地弯曲了，这种现象与宏观宇宙相抵触，会导致我们现在所知道的物理定律崩溃。对此，勒布说：“事件视界保护我们免受奇点附近的未知物理学的影响。”

事件视界有多大？

事件视界的大小取决于黑洞的质量。如果地球被压缩成一个黑洞，它的直径约为17.4毫米，跟一枚硬币差不多；如果太阳被转换成黑洞，那将产生一个大约5.84千米宽，相当于一个村镇大小的黑洞。

事件视界望远镜观测到的超大质量黑洞要大得多：位于银河系中心的人马座A *（Sagittarius A*）黑洞约为我们太阳质量的430万倍，它的直径约为1270万千米，而位于处女座星系中心的M87星系黑洞约为太阳质量的60亿倍，它的直径约为177亿千米。

黑洞的引力强度取决于距离它的远近，离它越近，引力越强。但是这种引力对物体的影响会因黑洞的质量而有所不同。

例如，如果你落入一个跟太阳质量差不多的小型黑洞，那么你就会被拉伸，并进入一个被称为spaghettification（意大利面化：指在强引力场中物体因潮汐力作用产生的拉伸形变）的过程中，不幸的是，在你到达事件视界之前就已经“阵亡”了。

然而，如果你向着一个数十亿倍太阳质量的超大质量黑洞坠落，你就不会感受到这样的力量，在你越过事件视界之前，你不会死于“意大利面化”，不过在你到达那个点之前，这样一个超级黑洞周围的许多其他危险会提前解决你。

旋转的黑洞

与之前的看法不同，科学家们现在认为黑洞可能会旋转，因为它们通常由恒星转变而来，而恒星是会旋转的。最近的研究结果表明，黑洞的旋转速度可以达到光速的90%。

以前，最基本的黑洞模型假设它们不旋转，因此它们的奇点被认为是点。但现在倾向于认为黑洞会旋转，所以新的模型表明它们的奇点是无限细的环。这导致旋转黑洞（也称为克尔黑洞）的事件视界呈椭圆形，在黑洞的两极处被挤压并在其赤道处凸出。

旋转黑洞的事件视界分为外部视界和内部视界。这样一个物体的外部视界就像一个非旋转黑洞的事件视界。旋转黑洞的内部视界（也称为柯西视界）更为奇怪，在这个领域中，事情的因果关系失效了，过去不再必然决定未来，也就是说时间旅行在理论上是可能的。

事件视界之外

一个旋转的黑洞也迫使它周围的时空结构随之旋转，这种现象称为参考系拖曳或冷泽-提尔苓效应（Lense-Thirring Precession），包括地球在内的大质量天体周围都会出现参考系拖曳。

黑洞的参考系拖曳创造了一个称为能层（ergosphere，黑洞周围假设的封闭区）的宇宙漩涡，它发生在旋转黑洞的外部视界之外。在能层内的任何物体都被迫沿着黑洞旋转的相同方向移动，并且可以从黑洞中获取一些能量，从而获得足够的速度来逃离黑洞的引力。通过这种方式，黑洞可以对周围环境施加强大的影响。

黑洞的影响力

旋转的黑洞还可以使自己更有效地将任何落入其中的物质转化为能量。根据爱因斯坦著名的等式E=mc^2，非旋转黑洞能将捕捉物体的约5.7%的质量转换为能量；相比之下，旋转黑洞的效率更高一些，它们可以将物体质量的42%转化为能量。

“这对黑洞周围的环境具有重要意义，”勒布说：“几乎所有大型星系中心都有超大质量黑洞，它们的能量可以显著影响这些星系的演化。”

最近一段时间，关于黑洞的研究出现了很多突破，不光是第一张黑洞照片这么简单。2012年，物理学家们提出，任何落入黑洞的东西都可能在事件视界附近遇到“防火墙”，这些防火墙会焚烧掉任何物质。这是因为正负粒子处于量子关联中，如果一个粒子被吸入黑洞，另一个粒子不在黑洞中，那么黑洞会切断它们的量子联系，这将释放出令人难以置信的能量。

然而，在其他力图统一广义相对论的研究中，科学家更愿意用量子力学来描述所有已知粒子的行为，他们不相信黑洞防火墙的存在，而且他们认为事件视界本身不可信。

一些物理学家认为，我们目前所认为的黑洞可能实际上是一系列缺乏事件视界的黑洞状物体，而不是禁止任何东西离开的终极深渊，这就是所谓的“模糊球”理论。

第一张黑洞照片

综上所述，我们可以知道，虽然人类关于黑洞的见解很多，但真正可信的知识却很少，就如同无知的婴儿面对着一架隐形战斗机，茫然无措而又千头万绪，事件视界望远镜项目给我们开了一个好头，用给黑洞拍照的方式，让人类迈出了长大成人的第一步，在不远的将来，人类会拿着“工程师”证书，重新检查面前的“隐形战斗机”，到那时，黑洞的秘密将逐一被破解。

你对黑洞的事件视界怎么看，欢迎留言、分享。

请随手关注、点赞、转发，支持原创！