也来说说黑洞吧
人类史上第一张直接拍摄的黑洞照片已经出来了，扎扎实实地确认了黑洞的存在，虽然以前从理论和间接观测都得到同样的结果，毕竟不如直接证据证据有说服力，而且还能更多地了解黑洞。就像我们都用微信，都知道有张小龙这个人的存在，如果哪天一起坐下来吃顿饭，还拍了个合照，这感觉就很不一样了。
要说黑洞，自然离不开伟大的爱因斯坦，不过先不急，我们先从欧几里得开始说起。这个人的厉害之处在于提出了一套「公理化方法」，由极少数不需要证明的公理，衍生出许多可被证明的定理，再通过这些定理去解决具体的数学问题。
他提出了平面几何的五条公理：
- 从一点向另一点可以引一条直线。
- 任意线段能无限延伸成一条直线。
- 给定任意线段，可以以其一个端点作为圆心，该线段作为半径作一个圆。
- 所有直角都相等。
- 若两条直线都与第三条直线相交，并且在同一边的内角之和小于两个直角，则这两条直线在这一边必定相交。
其中第 5 条又可导出这个命题：
通过一个不在直线上的点，有且仅有一条不与该直线相交的直线。
有没有发现第 5 条特别长，看上去也不太自然，于是许多几何学家尝试用其他公理来证明这条公理，但都没有成功。正着来不行，那就反正来，于是就有了非欧几何，黎曼 以「一条平行线也不能引」为新公设，引出黎曼几何（椭圆几何）。
可能黎曼自己都不知道，他这套几何体系到底能用来干什么，在爱因斯坦手里却成了完善广义相对论的有力武器（爱因斯坦之前不太重视数学，这让他吃了不少亏）。广义相对论是用来描述引力的，在这之前牛顿的万有引力定律已经盛行了 200 多年，几乎没有问题（跟水星的自转轨道实际结果有点微小出入），但它没有解释引力到底是啥。在爱因斯坦眼里，引力就是时空的弯曲，就像一个很重的球被放在一张被拉紧的橡皮膜上。橡皮膜会在球的周围向下弯曲。如果你在橡皮膜上涂上肥皂，任何在橡皮膜上行走的东西，如果走到弯曲的部分，就会向下滑向那只球。宇宙的构造就像是一个 3D 或者 4D 不可见的膜。引力就仅仅是宇宙弯曲的结果。
通过广义相对论，可以预言某些大质量恒星终结后，会形成时空极度扭曲以至于所有物质（包括光）都无法逸出的区域，黑洞，虽然爱因斯坦本人并不愿意相信黑洞的存在。类似的情况也发生在了量子领域，为了解释黑体辐射，他提出光的能量在空间中的分布不是连续的，而是由有限数目的「能量量子」组成，能量量子不可再分，然后就打开了量子理论世界的大门，但当玻尔等人进去后告诉他里面的世界有多神奇时，他却不愿相信，因为「上帝不掷骰子」。
再来说回黑洞，黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽后，发生引力坍缩而形成。以我们的太阳为例，太阳作为一颗恒星，它的引力是很大的，会把周围的物质（主要是氢原子）拉向核心，以巨大的压力挤压它们，然后电子就被挤走了，原子核们重新结合成更大的原子核（氮、碳、氧等），这个过程会损失一部分质量，爱因斯坦说质量跟能量其实是一回事（质能方程），虽然两个原子核融合释放的能量比较少，但抵不住原子多啊，这些核聚变产生的能量向外扩张正好跟引力带来的内向压力平衡，因此太阳有一个稳定的大小（PS：地球上的一些多质子原子，比如金子，其实是上一代或上上一代恒星爆炸的产物···）。
太阳死后会变成黑洞么？不会，因为它质量不够大，只会变成白矮星。
那黑洞到底是啥？（是不是很像小程序二维码···）
黑洞是一块质量极大的天体，但它的中心却极小，比原子核还要小 1 万亿倍，没有什么能逃得过它的引力，光子也不行，因此外部无法直接观测到它（因为光出不去）。三体里提到过一个「黑域计划」，可以实现在宇宙尺度上实现安全声明从而避免黑暗森林打击，原理是让光的真空速度变为第三宇宙速度——连光都无法离开太阳，从远处看这里就是一篇空白，但人类也因此永远无法离开太阳系。
下面这张图部分同学应该非常熟悉···
那到底离黑洞中心多远才有可能不被吸进去呢？这就要引出「视界」的概念，假定存在这么一个球面，在这个球面内发出的光不可避免地被拉回黑洞，而从球面外发出的光能逃脱黑洞的引力，这个球面就是视界，球面到中心的距离也被称为「史瓦西半径」。
那这些被吸引去的东西，会变成什么呢？会从其他地方以某种形式出来么？这个就不知道咯，可能里面还有一个小世界，它们在里面过着幸福的生活也说不定···
那么问题来了，这个看不着的东西，如何证明它的存在？最好的办法自然是派一个信使进去，全方位测量之后，再把结果送出来，只可惜任何东西一旦被吸进去就再也出不来了，这个测量信息自然也无法送出来。看起来只能间接地观察了，怎么做呢？还是从电磁波入手。在远离黑洞的地方，气体原子很冷，只有绝对几度，因为冷，它们振动慢，缓慢的振动产生缓慢振荡的电磁波，这些就是无线电波；在离黑洞较近的地方，引力作用下的原子流较快，它们相互碰撞，加热到几千度的高温，它们振动较快，发出振荡较快、波长较短的波，也就是不同颜色的光；离黑洞更近的地方，引力更强，原子流更快，碰撞更剧烈，温度更高（几百万度），原子极快地振动，产生波长很短的电磁波：X 射线（离中心更近的地方还会发射出 γ 射线）。通过捕捉这样的射线就能感知到黑洞的存在，甚至描绘出它的模样（X 射线和我们看到的不同颜色的光本质上没什么区别，只是波长不一样的电磁波）。
这次拍摄也是用了类似的方法，就像用 X 光照射身体的某个部位可以得到一张影像一样，只是拍黑洞的难度要大得多。随着对黑洞了解的加深，不知道还会挖出什么有趣的东西，拭目以待吧。
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