霍金说“黑洞”这个词，法国人一开始是不喜欢的，因为太污了。法语里的“黑洞”叫trounoir，在一些当地土话里面是骂人用的，类似我们中国人字幕里的“×”，还有音效里的“哔”。后来有人提出了关于黑洞的定理，起名叫“无毛定理”（NoHairTheorem），霍金证明了它。于是“黑洞无毛”的结论就变得更有名了。霍金说：这进一步加重了法国人的疑虑。好了，大科学家开车到此结束，今天我们就来聊聊霍金眼中“无毛”的黑洞，4分钟带你扫清关于黑洞的所有困惑。这些内容主要来自霍金10月份的新书《终极问答》（BriefAnswerstotheBigQuestions）。这是霍金最新出版的一部遗作，在这本书里，霍金回答了他最为关心的10个终极问题，其中最浓墨重彩的问题，自然是跟他研究了大半辈子的黑洞有关。

我把这部分内容，整理成了普通人可以理解的8个“黑洞大问题”：

1、有人发现黑洞了吗？2、黑洞是黑的吗？3、黑洞是怎么生出来的？4、谁来直播一下，人掉进黑洞的过程？5、黑洞“光吃不拉”吗？6、黑洞永生不死吗？7、黑洞会“焚书坑儒”吗？8、霍金为什么要花大半辈子研究黑洞？

明白了这些问题，哪怕是作为一个不研究黑洞的人，你都已经成了半个“黑洞行家”。

01.

有人发现黑洞了吗？

是的，而且还不止一个。比方说就在10月底，科学家宣布在银河系的中心确认了一个巨大的黑洞，叫人马座A*，它的质量相当于个太阳。科学家还发现，有东西正绕着这个黑洞旋转，因为离得稍微远一些，所以没有掉下去，旋转的速度达到了光速的30%，也就是每秒钟9到10万公里，相当于1秒钟就能绕地球赤道2圈多。

02.

黑洞是黑的吗？

不是。黑的东西我们能看见，黑洞我们看不见。看得见东西是因为东西能反射出光线，看不见黑洞是因为它反射不出来光线，它是“光の吞噬者”。为什么《星际穿越》之类的科幻电影能做出酷炫的黑洞来？他们模拟的是黑洞的一种视觉效果，叫“引力透镜”效应。

如果黑洞背后一个老远的地方飘过来一颗发光的星球，那你站在黑洞面前，能看到星球发出来的光在黑洞四周发生了扭曲，就好像光线穿过了一个透镜的边缘。所以说，虽然黑洞我们看不见，但是我们能看到它产生的一些效果，能够间接观测到它。比方说年刷屏的“引力波”，那就是两个黑洞合并成一个大黑洞的时候，观测出来的现象。

03.

黑洞是怎么生出来的？

恒星死了，黑洞生。如果说像太阳这样的大质量恒星，可以说是“宇宙之子”，那黑洞就是“宇宙之子”们去世以后的一种样子。霍金认为，如果一颗恒星，质量是太阳的30倍以上，那它就会变成黑洞。因为这时候，一颗特别大的恒星，它的所有粒子之间，万有引力的作用超过了一切，拼命地把大家往一块儿聚，越聚越密，越密越聚，恒星就变成了“压缩饼干”，这个过程的学名叫“坍缩”，坍塌着往里缩。所以说，个儿小分量足，这就是黑洞的特点。你可以说它是个“小胖墩儿”。这个小胖墩儿长什么样子？在很多科普书里面，黑洞都给描绘成了“漏斗”的形状，其实是不对的，之所以描绘成漏斗，是为了方便你理解一个东西，就是“漏斗”上的那个“大盘子”，它的学名叫“事件视界”。

这盘子是怎么来的？打个比方，黑洞就像个封建社会的大家庭，任何家庭成员都不能往外跑，只能待在家里。

而家里最不老实的小儿子，成天惦记着往外跑，可是每次刚跑到村口儿就让家里人给抓回去了。村口儿到家的距离是二里地。那么从家出发，用这二里地的距离画一个圆，就是整个家族的势力范围。

黑洞“漏斗”上那个“圆盘”，就是半径二里地画出来的圆。而小儿子就是腿最快的家伙——光。

黑洞在事件视界的范围内，刚好能把光给抓回来，所以其他东西就更跑不了了。所以说画成漏斗的形状，是为了帮你更好地理解事件视界这个东西，但真实的黑洞不是漏斗形的，它到底长什么样呢？《星际穿越》的科学顾问、也是霍金的好朋友、诺贝尔物理学奖得主基普·索恩（KipThorne）给描绘了一下，大概长这个样子：

至于你觉得他设计的对不对、好不好看，这事儿就见仁见智了。

04.

谁来给直播一下，人掉进黑洞的过程？

很多人都很好奇，黑洞里面有什么？霍金说，你从外面瞅是啥也瞅不出来的。所以这是个很尴尬的问题，没有人能回答。因为能回答这个问题的人，应该已经掉进去了；而一个说话还能让你听见的人，他就压根儿没进去过。那掉进黑洞里瞅瞅，是一种什么滋味儿呢？霍金说：如果你这辈子注定要去黑洞里头走一遭的话，记得对自己好一点，选一个大点儿的。因为掉进小的里面会比较惨。如果咱们直播一下人掉进黑洞里的过程，那就很像在大瀑布的顶儿上划一只小船，眼看就要掉下去了。大瀑布的顶儿上，就是咱们刚才说的“事件视界”外边，在这儿发生的事件人们是可以看到的。掉下瀑布、掉进事件视界以后，外面的人就看不到了。我们知道，越靠近瀑布的水流就越湍急，越靠近黑洞中心，引力就越大，所以如果你是脚在前，头在后的话，那肯定会先拉你的脚下去，结果就是你被一点点儿地做成了海底捞甩面，整个身体越扯越长，变成了一根铅笔，一根丝线，越变越黯淡……最后消失在人们的视线当中。

是不是人掉进每个黑洞里都会这么惨呢？也不是，霍金说了，找个大的，就去咱刚才说的那个银河系中间儿的大黑洞，万个太阳的质量。那么大的黑洞，你的小身板儿一米几长都不算啥，大黑洞用在你头上和脚上的引力都差不多，所以你会好受一点儿，不会被扯得这么厉害。

05.

黑洞“光吃不拉”吗？

我承认这是一个粗鲁的问题，但是话糙理不糙。因为很多人觉得黑洞进去的东西就出不来了。这种错误的观点，也是霍金给我们掰回来的，他证明了：黑洞不是“光吃不拉”，而是“边吃边吐”。吃进去的是“馒头”，吐出来的是“面粉”，这“面粉”还有个名字，就叫“霍金辐射”（Hawkingradiation），因为是霍金发现的。在黑洞周围的空间里，有一对儿一对儿的粒子出现，这些粒子不是咱们生活里实打实的原子、分子，人们用各种先进的仪器观察，也看不见它们，所以叫它们“虚粒子”，你可以说空间里有一对儿“虚粒子CP”，就像一对儿黑白双煞，俩人要么同生，要么共死——撞到一块儿灰飞烟灭了（下图中的1）。但是因为它们靠近了黑洞，这时候，这对虚粒子CP当中，有一个人可能就会先掉进黑洞里，而另一个人就“耍单儿”了，没人跟她“共死”了。这时候，耍单儿的这个，有可能跟另一半共赴黄泉，也掉进黑洞里（下图中的2），但是它也有可能就逃了出去，逃到离黑洞远远的地方（下图中的3）。

有人可能会问了：既然这一对儿CP都是虚的、看不见的，那为什么耍单儿的一个逃出来的时候，人类就可以“看”到它们、检测到它们呢？这事儿就有点儿复杂了，我说一说你听听看，听着懵也没关系，不影响你对黑洞的理解：这个虚粒子它逃出来的过程并不简单，也是九死一生，在黑洞强大的引力之下，这个虚粒子会被提升，变成实打实的粒子。也就是黑洞变了个“魔术”，变出来一个实粒子。

一对儿虚粒子本来质量加起来是零：m1+m2=0但是一个实的粒子有正的质量：m1＞0而质量不会凭空产生，所以掉进黑洞的那个虚粒子就得是负的质量：m2＜0它的质量给了黑洞，黑洞的质量（M）就会变小：M+m2＜M

也就是说，你站在黑洞旁边儿看黑洞，它仿佛是“吐出来”一个实粒子，然后黑洞的质量还变小了。

霍金发现，黑洞“吐”粒子的速度是很稳定的，就像水龙头出水一样。而所有吐出来的实粒子，就构成了著名的“霍金辐射”——黑洞并不是有进无出，而仿佛是在边吃边吐，它吐出来的实粒子，变成了威力强大的X射线和伽马（γ）射线。霍金说，像一座山这么大个儿的黑洞，喷出来的射线，功率能达到万兆瓦，这要是能用来发电的话，足够整个地球用电的了。

06.

黑洞永生不死吗？

知道了黑洞的“呕吐”机制，你应该有个不祥的预感了，黑洞这么cool的东西想要永生不死，也不过是痴人说梦罢了。无数的虚粒子对儿一个掉进黑洞、一个逃离黑洞，会导致黑洞的质量变小，黑洞就像蒸发了一样，个头儿也会变得更小。而且霍金说了，越小的黑洞，蒸发的速度就越快。黑洞最终的结局是——彻底蒸发干净，消失在宇宙当中。

这让我想起花儿乐队的洗脑神曲《嘻唰唰》里有两句歌词：

拿了我的给我送回来吃了我的给我吐出来

可黑洞最坑爹的地方在于，即便它死了，拿了你的也不会送回来，吃了你的也不会吐出来。从黑洞里逃出来的粒子们，跟扔进去的东西一比，看上去半毛钱关系也没有。

喂他吃电脑，给你吐射线；喂他吃汉堡，给你吐射线；喂他吃地球，给你吐射线；喂他吃粑粑，还是给你吐射线……

如果你有什么不可告人的秘密，最可靠的不是“树洞”APP，而是黑洞。

07.

黑洞真的会“焚书坑儒”吗？

霍金的最后一篇论文说了什么？

可能在一些人眼里，黑洞就像“冬天里的一把火”，燃烧了整个“沙漠”，是一片“不毛之地”。过去科学家也这么看，所有的黑洞没什么区别，就像所有的沙漠没什么区别。他们给黑洞起了个形象的称号，说它“无毛”（nohair）。一个黑洞，不管它吃进去的是人，是动物，是电脑，是汉堡包，还是一颗星球，它表现出来的样子好像都是一样的，只有三点不一样，质量、角动量，还有电荷。这样一瞅，黑洞倒像是一个穿着毛衣跳舞的姑娘。

质量（M），大的小的？——姑娘是胖还是瘦？角动量（a），黑洞是静止的，还是旋转的？——姑娘有没有跳起来？电荷（Q），黑洞带不带电？——姑娘的毛衣起不起静电

一个黑洞和另一个黑洞，只有这3点区别。至于姑娘肚子里装了啥，是装了顿晚饭，还是揣着个娃，不重要，你也看不见。过去科学家一直相信这个“无毛定理”，一个黑洞只由这3个东西决定。但是问题就来了，因为黑洞把东西吞进去以后，关于这些东西的信息就凭空消失了。这不科学，非常的不科学。科学家相信，信息（information）是不会凭空丢失的。信息真的丢了吗？霍金一开始也这么觉得，好吧，应该是真丢了。

直到他后来一折腾，自己把自己给推翻了，他说：黑洞不是“无毛”的，黑洞——就像一个已经谢了顶，但还没有光头的男人——他是有“软毛”（softhair）的，这些软毛的存在，证明黑洞没有丢失信息，信息还是守恒的。

黑洞的软毛，很有可能就是黑洞的第4个重要特征——一个穿着毛衣跳舞的姑娘，请不要忽视她的一头“秀发”。霍金生命最后的岁月里，就在研究黑洞的“秀发”，他的最后一篇论文也跟这个有关系，但是他的突然去世，导致他所开辟的这条道路，只能交给其他人在未来完成了。弄懂了这个“软毛”，你就知道了关于黑洞的终极秘密。从年开始，霍金就提出来“软毛”这个说法，所谓的“软毛”是一些粒子。每当有一个带电的粒子掉进黑洞里面，就会给黑洞增加一根软毛，它可以是一个“柔软的光子”（asoftphoton），跑到离黑洞很遥远的地方，跑到“大圆盘子”——事件视界的外头。

08.

霍金为什么要花大半辈子研究黑洞？

到这里，如果你只是来看黑洞科普文的，那关于黑洞本身的知识我都已经介绍完了。接下来的一点内容，我想跟你聊聊研究黑洞的意义。一个黑洞，看不见、摸不着、离我们八丈远、想找一个都费劲，研究它有什么用？为什么霍金把大半辈子的智慧，都给了这看起来很不靠谱的东西？我们普通人，理解黑洞是怎么回事，跟我的个人生活有关系吗？在这儿，我想说：没错，黑洞一点也不靠谱，到现在也没弄清楚，而且未来可能相当一段时间，都不会完全弄清楚，知道黑洞的知识，也不能给你的朋友聚会提供什么谈资，更不能让你的老板赏识你。可是它依然值得研究。因为我们是人类。因为黑洞太特殊了，它有可能揭示出宇宙的终极秘密。在整个20世纪，有了爱因斯坦的相对论，有了量子力学以后，很多科学家都在追求一件事：找到一套“万有理论”（TheoryofEverything，简称ToE）。什么是“万有理论”？电影里的霍金亲自给出了答案：

OneSingleEquation.对于科学家来说，没有什么比这个更诱人的了。

所以经过无数科学家的努力，有两套理论，可以看成是万有理论的基础：广义相对论，和量子场论。

它俩加在一起，几乎就要实现霍金的梦想了。但可惜的是，这两套理论水火不容。广义相对论在这里适用，在那里就不适用；量子场论在这里不行，却在那里行。换句话说，它俩不可能是同时正确的。比方说在尺寸特别小的地方，在质量特别大的地方，这种剧烈的矛盾冲突就很明显。就像宇宙大爆炸开始的那一刻，就像在黑洞里。宇宙大爆炸那一刻已经过去了，而黑洞还在。所以黑洞，是万有理论最好的试验场之一。如果一套理论，放在大尺度的地方没问题，放在黑洞里还能不出问题，那它有可能就是我们要找的万有理论。这也就是为什么关于霍金的电影，不叫《霍金传》，不叫《科学家的故事》，而叫《万物理论》（TheTheoryofEverything）。

电影，就像我们未实现的梦。而万有理论，就是霍金一生都没有做完的梦。现在，他要到天上去做了。有人会问：我们人类，真的能找到一个万有理论吗？用一个公式，解释整个宇宙？有人会说：这是不可能的，是痴人说梦，是理工男统治世界的妄想。而我想说：如果你连想都不敢想，你怎么可能找到它呢？这个社会上有很多现实的人，他们总是告诉我们：什么事情是不可能的。他们安于现状。如果说这些人跟霍金的差距在什么地方，我觉得是两个字：视域（Vision）。视域，不是去过多少国家、开了多少眼界、拓宽多少视野；视域（Vision），是人把现实世界筹划到想象世界的能力。

我们看到这世上每一个了不起的人，霍金、乔布斯、马云……他们为什么了不起？因为他们看到了我们没看到的，想到了我们没想到的，做到了我们没做到的。他们的视域和我们的不一样。你说霍金搞宇宙学有用吗？没用，一点用也没有。霍金当年写一本《时间简史》，是因为当宇宙学老师挣得少，想拿这本书的稿费贴补贴补家里，因为妻子一个人照顾这个家，实在是太辛苦了。可你说宇宙学就真的没有用吗？如果说人类视域的极限在哪里，那除了浩瀚的宇宙星空，你还能给出第二个答案吗？燕雀，安知鸿鹄之志哉？燕雀，安知鸿鹄之智哉？不要让有限的智识限制了你的想象力，因为宇宙的尽头在哪里，你的Vision就在哪里。

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