黑洞知識小問答（上）
點擊“國家空間科學中心”可以訂閱哦！
空少問答
小課堂
第113期
4
月
13
日
周
六
黑洞知識小問答（上）
最近幾天，人類史上首張黑洞照片公佈，一時間刷爆了朋友圈。
有些朋友看了新聞報道，可能對裏面的一些過程不算非常明白。相信比起我們空少課堂一貫的“從新聞引申一個話題”，許多朋友更希望對這個新消息以及黑洞的相關知識有更廣泛的認識，所以我們抽出一期空少課堂的時間，用非常簡短的篇幅簡單講解一些黑洞基本知識。
爲了方便大家看，就直接採用一問一答的形式，沒有分成提問和解答篇，也不做深入討論。今天是上期，我們簡單聊幾條，下週一空少課堂解答篇的時間，我們再聊另外幾條。
人類史上首張黑洞照片（來源：
NASA，https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/blackhole.png）
1、廣義相對論
人們都說黑洞是從廣義相對論推出來的，那廣義相對論講的是啥？
一言以蔽之，廣義相對論是說物理定律的形式在一切參考系都是不變的。這使得我們能夠相信自己所使用的物理定律在遙遠的宇宙也照樣行得通。愛因斯坦在狹義相對論中論證了從光速不變以及慣性系下物理定律不變引申到時空變換的規律，而在廣義相對論就從加速度與引力公式之間的相似性引向引力和慣性力是等效的，從而得到質量（引力）能夠彎曲時空的結論。
2、光線彎曲
黑洞的光怎麼那麼難找，光不都是走直線的麼？
按照廣義相對論，在引力場中，時空的性質是由物體的“質量”分佈決定的，物體“質量”的分佈狀況使時空性質變得不均勻，引起了時空的彎曲。物質密度越大的地方，曲率也就越大，而光要沿着彎曲的時空“直線前進”，在我們看來就好像光被大質量物體的引力吸引的彎曲了。
3、時空曲率
曲率指的是曲線在某一點的彎曲程度的數值，曲率越大，表示曲線的彎曲程度越大。時空曲率就是描述物體周圍時空被引力彎曲的程度。如果能夠得知物體所處處時空的曲率，物體的運動軌跡也就可以計算出來；也就是說,物體運動得遵循曲率的指示。
時空曲率示意圖（來源：
https://www.esa.int/spaceinimages/Images/2015/09/Spacetime_curvature）
4、黑洞
這就是我們今天聊的故事的主角。
有兩種理解方式：
一、光線彎曲就好像光的粒子（光子）被引力吸引、改變速度方向一樣，那要是有一個質量超級大、引力超級大的東西，讓光也會回頭、離不開它的範圍呢？這就是黑洞。我們常聽說的“光也無法擺脫黑洞的引力”就是指的這種。
二、只要天體質量足夠大，周圍空間彎曲夠厲害，最後把一個區域“圈起來”了，這裏邊的光沿着彎曲的時空跑不出去，這個區域就是黑洞。所謂逃逸速度是達到該速度時能脫離天體的引力，所以黑洞的逃逸速度達到了光速。
5、事件視界
既然宇宙中速度最快的光都不能從黑洞的引力範圍內跑出去，那麼其他物體應該也不能。事件視界中任何的事件皆無法對視界外的觀察者產生影響。在空間中周圍存在的這個界面，一旦進入它，即使光也無法逃脫，它就劃定了黑洞的範圍。
任何事件發生時，處在“他處”的人和物是不受影響的，直到信息到達其位置——最快也不過光速——他們才受影響、纔算進入事件的“將來”。黑洞之所以神祕，就是它的事件影響被圈定在視界內。
