黑洞的发现

我们接着就来讲这本书里篇幅最大的部分——黑洞，这也是霍金最得意的内容了。你只要记住，霍金在黑洞研究领域一战成名，迈入顶尖物理学家的行列，从此奠定了他的江湖地位。

在20世纪70年代初，霍金大部分的精力都放在了黑洞的研究上。黑洞这个概念其实出现得非常早。1783年，剑桥的学监约翰·米歇尔就提出了类似黑洞的暗星假设。那就是一颗质量足够大的恒星，会导致连光都跑不出来，所以我们根本没法看到。法国的拉普拉斯做了类似的计算，他也算出来一颗“暗星”。

太空中的天体质量都非常大。像太阳这种类型，基本上就算是稀松平常。质量越大，引力越大。在自身引力作用下，太阳就会不断地收缩。按照热力学，越是压缩，温度越高。收缩到一定程度。核聚变反应被点着了，产生了强烈的光和热，会产生膨胀趋势。膨胀的趋势恰好能够抵消自身的重力维持稳定。太阳已经足足烧了50亿年了，大约再过50亿年，太阳里的氢元素全烧光变成了氦，就会引发氦元素继续燃烧，产生氧和碳，但是氦元素的燃烧很不稳定，也支撑不了多久。太阳开始急剧膨胀，变成一颗红巨星。红巨星属于虚胖，会把水星、金星、地球都吞进去。中心有一个很小的核，这个核就是白矮星，最后红巨星爆炸，周围的气体全吹光了，只剩下一个孤零零的白矮星。

白矮星的密度很大，可以达到1立方厘米10吨。表面引力达到地球表面的1亿倍。原子已经全部破裂，电子在到处乱窜。整个天体全依赖电子的简并压力对抗大得邪乎的引力。简并压就依靠泡利不相容原理。经常有小朋友会问我，人要是站到了白矮星上会是什么感觉，我实在想象不出来，但肯定是很恐怖血腥的，别说人了，任何地球上已知的物质到了白矮星上，都会瞬间被摊平，一直摊平到只剩下基本粒子。

假如天体被自身引力压缩到非常小的体积。那么大批费米子都挤在一起，甚至被逼迫着一个坑放两个萝卜。人家就不干了，它们会奋起反抗，就好像产生了一股压力。那股压力就被称作简并力。白矮星就是靠电子简并力支撑。但是电子产生的简并力不是无限的大。它有一个极限值。这个极限叫作钱德拉塞卡极限，那是一个印度学生钱德拉塞卡在去英国留学的船上算出的上限。现代修正过的数值是1.44倍太阳质量。当时他的成果没有得到大家的承认。大家都无法想象，如果电子简并压支撑不住自身重力的话，会出现什么样的后果。难道一直塌缩下去变成一个点吗？钱德拉塞卡的成就在很多年后被大家承认了。因为在20世纪60年代，人们发现了脉冲星，这种天体在发疯地旋转，甚至出现了周期在毫秒级别的脉冲星。什么样的天体能受得了如此疯狂的旋转而不散架？想来想去也不可能是别的东西，只能是一颗引力大得难以想象的中子星。中子星的密度达到了吓人的每立方厘米80万亿～1500万亿吨，那这种中子星又是怎么产生的呢？

一颗比太阳大8～10倍的恒星在临终前会发生一场超新星爆炸，亮度堪比一个星系。炸完以后，会残留下一颗中子星，原子全部被挤扁，甚至电子都和质子挤到一起变成了中子。中子密密麻麻排在一起，靠中子的简并压力能够扛住相当大的引力。中子星外壳会有一些质子，表面很可能是铁元素组成的一层皮。外面还有带电离子组成的大气。切开看看内部，说不定看到的是一锅夸克汤。

中子简并力也不是无限大的。大概是1939年，奥本海默计算出了一个极限，超过这个极限，中子简并力也承受不住。这被称为奥本海默极限，现在一般取值是2个太阳质量。超过了，就再也没有什么力量能扛住巨大的自身引力，天体必将塌缩成一个点。我们今天都知道，这种天体就叫作黑洞。后来奥本海默去领导核弹研究去了，整个科学界对于黑洞的研究也就放下好多年，直到20世纪60年代又开始变得热门。 kfLF31P6AZAny15g3kcYWIE3MbfJd9ZSPdr70MooxYuV8JlsJ9AwPmlNG7iEunOG