在诸多科幻小说和电影中 ， 黑洞都是一个超级神奇的存在 ， 它是实现时空旅行的“基础设施” ， 也是有着吞噬一切物质力量的神秘天体 。 在现实中 ， 虽然人类尚未利用黑洞实现“时间旅行” ， 但也在一步步通过科学观测和研究 ， 揭开黑洞神秘的面纱 。
北京时间5月12日晚 ， 包括中国在内的全球多地天文学家 ， 同步公布了银河系中心超大质量黑洞——人马座A*（Sgr A*）的照片 。 这是人类“看见”的第二个黑洞 ， 也是银河系中心超大质量黑洞真实存在的首个直接视觉证据 。 这个黑洞距离太阳系约2.7万光年 ， 质量超过太阳质量的400万倍 。 它是目前人类所知距离地球最近的一个超大质量黑洞 。
什么是黑洞？黑洞里有什么？黑洞是怎么产生的？走在地球上 ， 我们会迎面撞上一个黑洞吗？人类既然已经能给黑洞拍照 ， 那么离利用黑洞进行“时间旅行”还远吗？带着这些问题 ， 《环球》杂志记者近日与清华大学天文系副教授、美国亚利桑那大学天体物理学博士蔡峥进行对谈 ， 一起在黑洞里“脑洞大开” 。
黑洞是“空”的？
《环球》杂志：什么是黑洞？
蔡峥：黑洞是宇宙的一个起点 ， 它的引力足够大 ， 以至于光都跑不出去 。 黑洞有大有小 ， 如果我们把太阳压缩成地球这么大 ， 太阳就会成为一个黑洞；如果我们把地球压缩成一个小拇指盖大的小球 ， 地球也会变成黑洞 。 在黑洞中会发生极端时空扭曲 。
《环球》杂志：黑洞到底是由什么物质组成的？
蔡峥：所谓黑洞就是质量压缩到不能再压缩、密度极大的一种东西 。 但它里边到底是什么我们不得而知 ， 因为任何已知的物质都无法承受黑洞引力造成的压强 。 换一种说法 ， 也许黑洞只可被称作“空” ， 因为任何物质或者说“实在”都承受不住黑洞引力 。 有趣的是 ， 宇宙从某种意义上来说也是一种“空” 。 因为 ， 绝大多数的物质内部空间都是“空”的 。 比如你可能觉得原子很实在 ， 但如果用电子去轰击原子 ， 很多电子会直接穿过原子 ， 而不受任何影响 ， 因为原子内部大部分空间是空的 。
有科学家甚至怀疑 ， 我们的宇宙会不会就处在一个超大黑洞的内部 ， 因为光也无法逃逸出我们的宇宙 。 所以黑洞到底由什么组成 ， 是一个科学至今都无法回答的、非常深刻的问题 。
起点还是终点？
《环球》杂志：为什么说宇宙的起点是黑洞？宇宙起点不是大爆炸吗？
蔡峥：大爆炸是宇宙的起点 ， 黑洞也是 。 我们现在通过确定的观测得知黑洞在宇宙大爆炸初期就已经形成 。 由于黑洞中心的密度大到无限 ， 它成为了一种奇点 ， “奇”是奇异的奇 ， 即无法用我们已知的物理学去描述的存在 。 因为研究黑洞的体积 ， 需要用到量子力学 ， 但如果研究黑洞质量又属于广义相对论的范畴 。 量子力学与广义相对论先天就是矛盾的 ， 但在黑洞和宇宙大爆炸早期 ， 这两种理论又必须统一 ， 只是这种统一的理论我们现在还不知道 。 黑洞与宇宙大爆炸的起点确实有很多相似之处 。
《环球》杂志：黑洞的存在对于周边天体有什么意义 ， 它是不可或缺的存在吗？
蔡峥：万事万物 ， 大到星系的形成 ， 小到生命的诞生 ， 都跟星系中心的超大黑洞有很大关系 。 实际上 ， 黑洞是一个星系生长的发动机 ， 由于它巨大的吸积作用 ， 巨量的引力能被转化为光能 。 这些能量则把一些在黑洞周围吸积盘（是一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构 ， 它是包围黑洞或中子星的气体盘）上 ， 且尚未掉到黑洞里的重元素推到星系的各个角落 。 黑洞不断把周边天体吸进来 ， 其吸积盘通过高密度旋转、核反应等 ， 不停制造重元素 ， 一些重元素又被巨大的光压推到整个星系 。 这些重元素最终冷却了整个星系的温度 ， 让恒星、行星得以形成 。 所以对部分物质来说 ， 黑洞是个终结者 ， 但对另一部分物质来说 ， 黑洞也是一个发动机 。
《环球》杂志：什么是重元素？它对天体很重要吗？
蔡峥：比氢、氦、锂等轻元素重的元素在天文学中都叫做重元素 。 氢、氦和少量的锂是在宇宙大爆炸时产生的 ， 比锂重的元素跟大爆炸之外的一些天体物理过程紧密相关 。 比如银河系有了重元素 ， 整个星系里的气体冷却才能加速 ， 进而形成太阳等恒星 ， 以及原初行星盘 ， 并孵化出地球 。 所以说黑洞是星系形成的发动机 ， 它让星系形成变得更快、更有效率 。 只要黑洞存在 ， 这个过程就一直持续 。
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