先說答案:黑洞看起來既像球體也像旋渦,但這都是假象,實體是一個看不見的點。
這個點的科學表述叫奇點,體積無限小,密度無限高,曲率無限大,溫度無限高。奇點當然也可以想象成一個完美的球體,但到底什么樣子,永遠也不會有觀測證據,因為奇點處是時空離散或者說終結處,三維時空的人類永遠也觀測不到。
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黑洞奇點在黑洞中心,圍繞著奇點會形成一個球形空間,嚴格表述為時空因果臨界球面邊界,這個球形空間的半徑大小與黑洞質量大小成線性正比,被稱為史瓦西半徑,遵循的公式為R=2GM/c^2。
根據這個公式計算,一顆3個太陽質量的典型恒星級黑洞,其史瓦西半徑約為9公里;人類拍到的首張照片的那顆黑洞,叫M87黑洞,是M87巨型橢圓星系中心黑洞,距離我們約5500萬光年,質量約為太陽的65億倍,因此其史瓦西半徑約為195億公里。
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人類觀測到的黑洞視覺效果有些像光影組成的旋渦,但那只是在黑洞事件視界之外看到的光線與時空交錯的假象,是黑洞強大曲率導致周邊物質被吸積攪動,以極高速度圍繞著事件視界旋轉,形成一個盤狀發光體,被稱為吸積盤,盤中物質碰撞發出強光,才襯托出中間那個黑乎乎的球狀空間,這個空間本來是看不見的。
時空因果臨界球面邊界被稱為事件視界,事件視界內測的任何物質,包括光都無法逃逸,因此不被人類觀測;事件視界外側的物質則可逃逸,因此被人類所觀測,并可以憑借觀測到的現象計算出黑洞質量。
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黑洞的事件視界,是一個完美的三維球面。嚴格地說,靜止不轉的黑洞被稱為史瓦西黑洞,是完美的正球體,但這種黑洞只是理論上存在,自然中不存在;旋轉的黑洞被稱為克爾黑洞,是稍扁的橢球體,現實中基本都是克爾黑洞。
糾正誤區:黑洞事件視界不是洞口,也不是漏斗,是三維封閉的球形邊界,奇點在球心,所有物質都坍縮集中在奇點上。
我們常看到的黑洞圖片,有的像旋渦,有的像漏斗,并不是黑洞的真實模樣,而是科學家或藝術家們,為了讓人們更直觀的了解黑洞,繪制的二維時空切片示意圖。為了描繪出時空彎曲的樣子,把三維空間簡化成一張平面薄膜,黑洞質量就會形象地在薄膜上壓出凹陷或漏斗狀,時空由此就變得彎曲,物質乃至光線就會沿著彎曲的時空滑落,就像漩渦往里卷。
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迄今為止,對黑洞內部的狀態都還是一種理論描述和推測,因為所有人類掌握的理論都在黑洞奇點處失效,因此黑洞內部可能永遠都是一個謎。但有一點是可以肯定的,黑洞已經在宇宙中證實存在,且是宇宙中最極端的頂級天體,一切通吃。
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