计算机模拟的银河系中心超大质量黑洞附近气体云的运动，以及引力对它的影响。ESO/MPE/Marc Schartmann
现实中还没有其他物体能像它那样有如此鲜明的内外之别。生活在外部的我们只能看到它的外面，任何探测器都无法把它内部的信息带给我们。我们可以发送无线电信息和机器人探测器，但是这些使者一旦越过边界，就再也无法回头了……我们甚至都无法知道它们身上发生了什么。
这就是黑洞。视界是黑洞的边界，但并不是通常意义上的“表面”——它没有实质的分界线——然而却异常真实。视界之外，只要物体的速度足够高，便能挣脱黑洞的引力；而在视界之内，它若想离开，速度必须高于光速，而这是自然法则所禁止的。
从某种意义上来说，视界就是黑洞，因为我们通过任何手段都无法观察到它的内部。大自然把宇宙的终级奥秘隐藏在那里，并用一个只进不出的屏障守护着它。
更让人感觉神秘的是，根据广义相对论——这个我们对引力运作机制的最好解释，黑洞是没有特征的。它们可能诞生自恒星的死亡，也可能诞生自早期宇宙中由大量气体引发的引力坍缩，但结果却是一样的。用化学成份之类的方式来解释它形成的原因是毫无意义的。在宇宙中，黑洞所表现出来的唯一特性是它的质量和转速。
面对这种现象，人们戏称黑洞遵循的是“无毛定理”：不管它内部有什么，视界之外都是光溜溜的。（这个名字是由杰出的物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒创造的，他显然并不是一位对发际线后退敏感的人。）而这个“无毛定理”所呈现的，是一个极具挑战性的谜题：我们无从得知黑洞是删除了它所有的过往历史，“忘记”了它的过去和祖先，还是把这些信息保留在一个我们不知道的地方。假如这些信息已经被销毁，那就违反了量子力学的原理；而如果它们保留了下来，那就需要一个能够超越广义相对论的新理论。
黑洞内部不仅是宇宙中一个无法触及的区域。它还是许多极端物理学的实验室：最强的引力和最活跃的量子过程。正因为如此，物理学家对黑洞内的一切都极为感兴趣，即便缺乏直接的实验或观测手段来验证他们的观点。
人们戏称黑洞遵循的是“无毛定理”：不管内部有什么，视界之外都是光溜溜的。
我们无法穿透视界光溜溜的“脑壳”，但这并不意味着我们对黑洞内部一无所知。不管科幻作品里怎么说，我们可以确定的是黑洞内并没有连接另一个空间或现实的通道（虫洞）。大部分物理学家都相当确定，要对黑洞内部进行描述，我们需要的是量子引力学——这是一种将量子物理和广义相对论统一起来的理论——或者可能是我们当前引力模型的某种修订版。这种理论的完整结构仍然未知，但是学者们已经对它的大致框架有所了解。
一种尝试来自雅可夫·鲍里索维奇·泽尔多维奇、雅各布·贝肯斯坦和史蒂芬·霍金。由于引力的量子理论不存在，因此他们将粒子物理和广义相对论结合起来，结果显示视界的温度并非是零，而且还会发光，虽然极其昏暗。这种光就是所谓的“霍金辐射”；当成双成对的粒子——如电子和正电子，或一对光子——在强烈的引力场中被制造出来时，其中一个粒子会坠入黑洞，另一个会逃离，从而产生这种辐射。
既然这些粒子的质量是由黑洞的能量（E = mc^2）产生的，那么每当一个粒子逃逸，黑洞的质量就会减少一点。遗憾的是黑洞视界温度远低于我们所能看到的程度，因此霍金辐射要比其他光源昏暗得多。但不管怎样，假如存在质量极低的黑洞，它们就会因霍金辐射而显得相当明亮，而且衰减得相当快，最终蒸发殆尽。观察这类黑洞的消亡，可能有助于我们最终获知黑洞内的信息是否确实丢失，还是被视界藏在什么地方。
有意思的是，霍金本人认为这个问题已经解决了，至少在原理上是这样：黑洞保留了它们吞掉的所有信息，就像在二维的图片中保留三维信息一样。他的假说是基于弦理论观点的，针对的是一个抽象的、拥有更高维度的宇宙，而在我们的四维宇宙（三维空间外加时间）中还行不通。因此，并不是所有人都接受霍金的论点，即便他们也同意黑洞不会忘记它们的起源。
根据推测，霍金辐射是由各种成份构成的，其中包括奇异粒子，如暗物质和引力子，而这些我们都还没有在实验室中发现过。虽然大自然残暴地试图阻止我们对它进行研究——因为微型黑洞极为罕见，甚至可能不存在——但是这确实是一个令人着迷的观点。我们能够看到较大黑洞产生的霍金辐射，但前提是它必须不怎么吃东西，而且要离我们非常近才行。（另一种方法是在实验室里制造一个微型黑洞，但是如果没有新奇的物理学方式，所需的能量就会超出我们的能力。）
著名的天鹅座 V404 是已知离地球最近的黑洞，它距离我们约有 8000 光年。虽然放在宇宙中这点距离只不过是一根发丝那么宽，但对于我们来说，这样的距离也已经足够远到我们根本无法对它进行近距离研究。（作为对比，旅行者 1 号这个飞得最远的人类探测器，此刻和地球的距离也只不过是 17 光时）。而距离我们最近的超大质量黑洞（质量超过太阳的 10 万倍）甚至更远：26000 光年。它是银河系中心的怪兽，名为人马座 A*。
我们之所以能够看到天鹅座 V404，是因为围绕在它周围的物质：这些物质是它从伴星那里剥夺过来的，它们围绕着黑洞运行时会被加热，并释放出强烈的 X 射线和无线电辐射。高精度的观测手段使天文学家能够对 M87 星系内巨型黑洞周围距离很近的旋转气体进行测量。人马座 A* 附近舞动的恒星和等离子体，则揭示了那个使我们的星系得以结合在一起的黑洞的存在。
随着技术的持续进步，我们对黑洞将会看得更清，对视界的描绘也会越来越细致。但大自然仍然会把它的秘密隐藏在黑洞内部，而且可能会一直到永远。
作者是一位物理学家。
文/Matthew Francis
译/老孙
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