俗話說，人紅是非多。

而在宇宙中，卻是物黑是非多。

眺望星空，星光雖迷人，但繁星背后的黑幕，卻更讓人遐想聯(lián)翩。

越是黑得深邃，越是令人著迷，而星空最深邃之地，莫過于黑洞。

自從愛因斯坦方程的史瓦西解面世后，關(guān)于黑洞的是非就一直沒斷過?？茖W(xué)家們被這份與世隔絕的黑，挑逗得神魂顛倒，還“恬不知恥”地調(diào)侃它無毛。（“無毛”在英文里有那么點(diǎn)色情的味道。）

二十世紀(jì)六十年代，黑洞家族逐漸成型，我們熟知的史瓦西黑洞，僅僅是其中最普通的一員。盡管，黑洞的是非很多，但我們很多人對(duì)它的家族成員其實(shí)并不了解。

對(duì)于黑洞的認(rèn)知，距今已過去了100多年，是應(yīng)該好好來認(rèn)識(shí)一下黑洞的家族成員了。

1916年，一毛“史瓦西黑洞”出生了

德國(guó)天文物理學(xué)家卡爾·史瓦西

這是我們最熟悉的黑洞，也叫一般黑洞，它極其普通，卻絕對(duì)圓滑。

史瓦西半徑對(duì)于我們來說，就是“生人勿進(jìn)”的絕對(duì)禁區(qū)，同時(shí)也是保證它神秘的絕對(duì)領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域稱為“事件視界”。

視線以此為界，外面的我們永遠(yuǎn)無法洞察它的內(nèi)心。而且越靠近它，時(shí)間越慢，光波也會(huì)被拉長(zhǎng)，頻率降低，變得越來越紅，越來越暗，一切被定格，直至消失。

黑洞越小反而越小氣，你還沒近它的身可能就已經(jīng)被撕碎了，反而大黑洞就溫柔多了，你大可以進(jìn)入它的事件視界，不過最終的命運(yùn)還是會(huì)被拉成“面條”，才能進(jìn)入它的心里。

量子物理學(xué)家比較黑心，他們預(yù)言任何物體進(jìn)入事件視界后，都會(huì)遇上一堵火墻，然后被燒得渣都不剩。

黑洞內(nèi)的空間就像一個(gè)洋蔥，一層裹著一層，稱為“單向膜區(qū)”，這里的所有東西都會(huì)飛向中心的“奇點(diǎn)”，包括光與時(shí)間。

在正常時(shí)空里，你壓根瞧不見確定的時(shí)間軸，而在黑洞空間里，時(shí)間軸直指“奇點(diǎn)”。“不走回頭路，直到世界盡頭”是奔向黑洞的人，才能喊出的豪言壯語！

決定“史瓦西黑洞”的唯一屬性，只有質(zhì)量，所以你可以親切地叫它“一毛”，或者大毛。

1918年，帶電的二毛“RN黑洞”出生了

時(shí)空結(jié)構(gòu)于1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出。

這家伙比“史瓦西黑洞”會(huì)來電，也更心疼人，因?yàn)槟愕暨M(jìn)“史瓦西黑洞”肯定是一命嗚呼，但進(jìn)入“RN黑洞”你會(huì)發(fā)現(xiàn)它里面有一個(gè)正常的時(shí)空，被“內(nèi)視界”所包裹。

帶電的RN黑洞

在這個(gè)時(shí)空里，就算你想撞死在“奇點(diǎn)”上也不行，因?yàn)闀?huì)有一股排斥力讓你不得靠近“奇點(diǎn)”。你就這樣溫柔地被“RN黑洞”懷抱著，不會(huì)讓你尋死，也不放你離去，相愛直到永遠(yuǎn)。

因?yàn)椤癛N黑洞”的內(nèi)腔實(shí)際是一個(gè)“閉合類時(shí)線”。

也就是說，在這里一切因果都完蛋了，時(shí)間沒有了先后，因是果，果是因；因非因，果非果。世界線變成了一個(gè)圈，你的過去就是未來，你的未來就是過去。

還好這樣的詭異時(shí)空被“事件視界”所包裹住了，所以對(duì)宏觀宇宙不會(huì)存在多大影響。

但如果，“RN黑洞”的電荷量與質(zhì)量的比值足夠大，內(nèi)部的空腔就可能變得和外部的事件視界一樣大，也就意味著“單向膜區(qū)”消失了，內(nèi)外兩層視界也不存在了，違背一切物理法則的“奇點(diǎn)”將裸露出來。

一個(gè)“裸奇點(diǎn)”的出現(xiàn)，將會(huì)是一場(chǎng)巨大的宇宙災(zāi)難。

英國(guó)數(shù)學(xué)物理學(xué)家羅杰·彭羅斯

這樣的預(yù)言，可把科學(xué)家們嚇壞了。于是，彭羅斯提出了“宇宙監(jiān)督假想”，讓宇宙似乎具有了某種意志，會(huì)堅(jiān)決杜絕“裸奇點(diǎn)”的發(fā)生?；蛘哒f，彭羅斯預(yù)言必定有某種物理定律，來防止“裸奇點(diǎn)”的出現(xiàn)。

而現(xiàn)在我們知道，這個(gè)定律就是“黑洞第三定律”：無法有限次將黑洞表面的引力降為零。

僅僅多了一個(gè)電荷，“RN黑洞”危害就能讓宇宙都震顫了。所以我們這個(gè)只有質(zhì)量和電荷的“二毛”，看似文靜卻一點(diǎn)不讓人省心。

1963年，1965年，旋轉(zhuǎn)的二毛“克爾黑洞”和三毛“克爾-紐曼黑洞”相繼出生。

黑洞家族新添的這兩位成員可謂千呼萬喚始出來。

如果說“史瓦西黑洞”和“RN黑洞”是很文靜的靜態(tài)黑洞，那“克爾黑洞”和“克爾-紐曼黑洞”就是黑洞家族動(dòng)靜最大，最能搞事的存在，因?yàn)樗鼈兡墚a(chǎn)生宇宙中的巨大噴流，尺度可達(dá)數(shù)百萬光年的高速物質(zhì)流。

它們之所以比前兩個(gè)黑洞晚了30多年才出生，是因?yàn)殛P(guān)于黑洞的旋轉(zhuǎn)屬性很難計(jì)算，可謂“胎位不正，難以接生”。物理學(xué)家費(fèi)了不少的功夫，都沒搞定。

而在新西蘭人羅伊·克爾搞定旋轉(zhuǎn)的“克爾黑洞”后，物理學(xué)家們?nèi)挛宄陀?jì)算出了旋轉(zhuǎn)且?guī)щ姷摹翱藸?紐曼黑洞”。

旋轉(zhuǎn)對(duì)于黑洞來說，意義非凡，因?yàn)檫@才是宇宙中黑洞最真實(shí)的模樣。旋轉(zhuǎn)的黑洞不會(huì)是一個(gè)完美的圓，而更像一個(gè)橄欖球，旋轉(zhuǎn)的越快，橄欖球兩頭越長(zhǎng)（赤道部分膨脹的越多）。原因是黑洞帶動(dòng)著周圍的時(shí)空一起旋轉(zhuǎn)，使得“無限紅移面”與“外視界”分離，它們之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“能層”空間，也就是膨脹鼓起來的部分。

這個(gè)能層非常神奇，如果你帶著一定質(zhì)量的物體掉進(jìn)去，在還未到達(dá)外視界前，把物體扔向黑洞，這時(shí)你會(huì)感到一股巨大的反推力把你從能層里給扔出來，然后你以比掉進(jìn)去還快的速度被拋出了黑洞范圍。

吸收一切的黑洞，怎么會(huì)把東西拋出來？

首先，因?yàn)橛捎跓o限紅移面與外視界分離，造成的能層，不屬于“單向膜區(qū)”，也就是說在能層的物體還未真正掉進(jìn)黑洞；

其次，由于時(shí)空的旋轉(zhuǎn)扭曲產(chǎn)生了一種特殊的“負(fù)能通道”，能層里蘊(yùn)含有負(fù)能量。在這個(gè)軌跡內(nèi)扔?xùn)|西，扔出去的東西會(huì)產(chǎn)生負(fù)能量。

基于能量守恒定律，有借就必須有還。如果一個(gè)物體在能層中分離，一半獲得負(fù)能量，一半必定獲得正能量，所以才會(huì)被拋出來。這個(gè)過程被稱為“彭羅斯過程”。

這意味著我們可以在能層里偷走能量，黑洞雖然損失了動(dòng)能，但卻獲得了質(zhì)量，也不算虧。而如果能層中的能量被全部提取完，“克爾黑洞”將退化為一個(gè)普通的“史瓦西黑洞”。

偷黑洞的能量，可是一個(gè)危險(xiǎn)的事情。后來一個(gè)叫米斯納的美國(guó)人發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更簡(jiǎn)單有效的偷黑洞能量的方法。他發(fā)現(xiàn)向能層內(nèi)射進(jìn)一束光波，會(huì)反射出一束更強(qiáng)的光波，就像放大返還一樣，這被稱為“米斯納超輻射”。

進(jìn)入能層，跨過無法回頭的單向膜區(qū)，會(huì)有一個(gè)“內(nèi)視界”。內(nèi)視界是旋轉(zhuǎn)黑洞奇異性的界限，而黑洞中心不再是一個(gè)“奇點(diǎn)”，而是一個(gè)“奇環(huán)”。只要不撞上，理論上是可以從這個(gè)環(huán)中穿過的，這也是“克爾黑洞”里可能存在蟲洞的原因。不過黑洞內(nèi)的空間拓步結(jié)構(gòu)是十分混亂的，還是別指望進(jìn)去后，還能安穩(wěn)地活下去了。

無限紅移，意味著光的波長(zhǎng)無限拉長(zhǎng)

而即旋轉(zhuǎn)又帶電的“克爾-紐曼黑洞”內(nèi)視界里還會(huì)有一個(gè)漏斗狀的“內(nèi)無限紅移面”，里面包裹著上面說過的“正常時(shí)空”，而“奇環(huán)”就在沙漏喉部的位置。

以上就是以恒星坍縮形成的黑洞家族的四位主要成員。在物理學(xué)上，“克爾黑洞”才是黑洞研究的主要對(duì)象，因?yàn)槲覀冞@個(gè)宇宙內(nèi)，旋轉(zhuǎn)才是常態(tài)。

“克爾黑洞”由質(zhì)量和角度量決定，所以也可以加它“二毛”，而“克爾-紐曼黑洞”由質(zhì)量、角動(dòng)量和電荷決定，所以是“三毛”，它也代表著黑洞最多能擁有的三種物理屬性，在物理學(xué)上也稱為“三毛定理”。

除了質(zhì)量、角動(dòng)量與電荷，黑洞家族作為宇宙中抹殺一切物理信息的存在，神秘且高冷。它們從不主動(dòng)向外界傳遞任何信息，而科學(xué)家們卻能從推導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)它們的存在，不得不說令人難以置信。

最后，黑洞到底是什么呢？

很多人都只有一個(gè)模糊的概念，比如一個(gè)連光都跑不出來的天體？但這種約定俗成的認(rèn)知似乎并沒有把黑洞說清楚，就連科學(xué)家也很少去思考這個(gè)問題：如何給黑洞一個(gè)科學(xué)的定義？

但通過“三毛定理”，霍金卻給出了一個(gè)定義：如果一塊區(qū)域，其中發(fā)生的事件永遠(yuǎn)與無窮遠(yuǎn)處無法發(fā)生因果聯(lián)系，那么這塊區(qū)域就是黑洞。

而黑洞的表面就是事件的邊界，因此史瓦西半徑所構(gòu)成的球面，才被稱為“事件視界”。

外不見里，里不見外，以時(shí)空為障，似兩界，卻無半點(diǎn)遮攔。

這樣的黑洞，有不少人認(rèn)為，正是高維空間唯一的宏觀存在，你認(rèn)為呢？