新番首發

2025.6.19

汪詰：從今天開始，我要開啟一個全新的系列文章。過去的幾年，我走進全國各地的小學，做了很多場科普講座。每次到了互動交流環節，那場面可就熱鬧了，孩子們的小腦袋瓜里充滿了各種奇思妙想，問題一個接一個。而在所有這些問題里，我發現，有一個詞的出鏡率最高，這就是：黑洞！

黑洞是個“傳送門”？

現在的孩子對黑洞真是特別感興趣，簡直到了癡迷的程度。他們眼睛里閃爍著對宇宙的好奇，對這個聽起來就酷得不得了的天體充滿了向往。但是呢，通過跟他們的交流，我也發現，大家對黑洞的誤解那可真是五花八門，千奇百怪，想象力豐富得讓我這個寫科幻的都有點自愧不如。

比如，很多孩子一聽到“黑洞”，就以為那真的是宇宙中一個黑黢黢的“洞”，像個大窟窿，或者一個巨大無比的太空漩渦，掉進去就不知道去哪兒了，好像通往另一個神秘世界。

還有的孩子受科幻電影影響太深，覺得黑洞就是個天然的“傳送門”，鉆進去就能“咻”地一下穿越時空，跑到恐龍時代去看看霸王龍，或者跑到幾百年后看看未來的高科技，甚至跑到另一個平行宇宙去跟另一個自己握握手。

你看，這些想法是不是很有趣？充滿了童真和想象力！但也確實跟我們科學上認識的黑洞，差別有點大。真實的黑洞，它不是一個傳統意義上的“洞”——你沒法像掉進井里一樣掉進去；它更不是什么隨意穿越的“門”——至少以我們目前的物理學來看，想靠它玩時空穿梭，那純屬想多了；它也不是一個主動出擊、四處覓食的“怪獸”——黑洞其實挺“懶”的，它就待在那兒，你不去招惹它，它一般也不會主動來找你麻煩，它的引力雖然強，但也得遵守基本的物理規則。

這些可愛的誤解讓我意識到，雖然“黑洞”這個詞兒大家張口就來，非常熟悉了，但是：

黑洞到底是個啥玩意兒？

它是怎么誕生的？

它有哪些匪夷所思的特性？

關于它，哪些是科學家們已經板上釘釘、有確鑿證據的科學事實，又有哪些還只是停留在理論推測甚至是大膽猜想的階段？

可能很多人，不光是孩子，包括我們很多成年人，都還是一知半解，甚至被一些不靠譜的說法給帶偏了。

正是在和孩子們的這些交流中，讓我產生了做這個系列節目的沖動。我在想，為什么我們不專門寫個系列文章，就用我最擅長的方式——講故事、說人話，把黑洞這個宇宙中最神秘、最極端的家伙，它的身世背景、它的脾氣秉性、它的是是非非，給孩子們，也給所有對宇宙好奇的大朋友們，徹徹底底地扒個明白呢？

我們不僅要揭開它的神秘面紗，更要看看人類是如何一步步認識它的。就像我之前講相對論的《時間的形狀》，講天文學史的《星空的琴弦》一樣，我們不僅要了解那些酷炫的科學知識，更要看看這些知識是怎么來的，科學家們是怎么思考的，他們在這個過程中經歷了哪些曲折的探索，犯過哪些有趣的錯誤，最終又是如何一步步逼近真相的。這背后的科學精神和思維方式——那種大膽假設、小心求證、不斷質疑、勇于探索的精神，我覺得比記住幾個黑洞的結論本身更重要，也更有趣。

所以，到底什么是黑洞呢？

時空之網的“結點”

用我自己的話來說，黑洞可以看作是宇宙中最奇怪、最神秘的一種天體。它的引力極其強大，強大到連光都無法逃脫。我們還可以換個更抽象的角度來理解，把它看作是宇宙中一個個時空的“結點”。這里說的“結”是繩結的那個“結”字，也是團結的那個結字。啥意思呢？

想象一下，我們生活的宇宙，不僅僅是我們看到的三維空間，還得算上時間這一維。時間和空間是交織在一起的，形成了一個整體，科學家稱之為“時空”。你可以把這個時空想象成一張巨大無比、有彈性的網。我們平時看到的恒星、行星，就像是放在這張網上的一個個大小不一的保齡球，它們的質量會把周圍的時空這張網給壓彎，產生凹陷。而引力，其實就是這種時空彎曲的表現。物體之所以會互相吸引，就是因為它們都在沿著彎曲的時空“滑行”而已。

那么黑洞是什么呢？黑洞就是這張時空之網上被一個質量超級大、個頭又被壓縮得超級小的東西給戳出來的一個“結”，或者說是一個無限深的“坑”。在這個結點上，或者說在這個坑底，時間和空間都被極度扭曲，甚至被壓縮成了一個我們無法理解的、無限小的“點”——這就是所謂的“奇點”。但是我們又無法看到奇點，它的外面還包著一層黑黢黢的殼。

（上：普通天體造成的時空彎曲；下：黑洞造成的時空彎曲）

我知道，當你聽到我的這個“時空打結”或者“無限深坑”的比喻時，一定是有點兒蒙圈的。實在難以想象時間和空間怎么會被扭曲成一個結，或者一個無限小的點到底是什么意思？這太挑戰我們的日常經驗了。

我承認，如果不給你講清楚這背后的物理學原理，不給你講明白愛因斯坦的廣義相對論是怎么描述時間彎曲、空間彎曲的，你是很難真正理解黑洞到底是一個什么樣的存在。這也是我為什么一定要做一個長長的系列節目，從頭開始，一步一步地，才能把它講明白的原因。我們得有點耐心。

照妖鏡？指路燈？

人類研究黑洞的意義十分重大，甚至可以說是關乎我們對宇宙終極規律的理解。為什么這么說呢？因為它很可能就是打開那扇通往“大統一理論”，或者叫“萬物理論”大門的鑰匙。

你看啊，物理學家們經過了幾百年的智力探索，辛辛苦苦建立起來了兩套特別厲害的物理理論體系，堪稱現代物理學的兩大支柱：一個是愛因斯坦的廣義相對論，它在描述引力、描述宇宙、行星、恒星這些大尺度時空方面，那叫一個精準，簡直是“指哪打哪”，無數的觀測結果都完美地印證了它的預言。另一個是量子力學，它專門研究原子、電子、中子、質子、夸克等等這些微觀小不點的世界，別看這些東西小，但它們構成了我們這個世界的物質基礎，而量子力學描述它們的行為也是出奇地準確，我們現在用的電腦、手機、激光、核能，背后都離不開量子力學的原理。

可以說，這兩套理論在各自的“地盤”上都是王者，幾乎統治了我們對宏觀和微觀世界的認知。

但是！問題來了，當這兩大王者碰到一起，在黑洞這個極端的地方相遇時，麻煩就來了。特別是在黑洞的中心那個叫“奇點”的地方（理論上那里密度無限大，時空曲率無限大），還有黑洞那個被稱為“事件視界”那個神秘的邊界，廣義相對論和量子力學的預言就開始互相“打架”了，算出來的結果不僅互相矛盾，甚至還會得出一些像“無窮大”、“負概率”這樣讓物理學家一看就知道肯定是哪里出了問題的荒謬答案。

這就好比我們有兩把尺子，一把量大象特別準，一把量螞蟻特別準，但現在要量一個既像大象一樣重又像螞蟻一樣小的東西，結果兩把尺子給出的讀數完全不一樣，甚至互相矛盾。這說明什么呢？說明我們這兩把尺子還不夠終極！肯定還有一把更厲害的“萬能量天尺”等著我們去發現，這把尺子必須既能兼容廣義相對論，又能兼容量子力學，能統一描述從宇宙到量子的所有現象。

黑洞，就是這樣一個暴露了我們現有理論裂痕的“照妖鏡”，它像一個嚴苛的考官，無情地指出了廣義相對論和量子力學的局限性。同時，它也像一盞指路明燈，告訴我們未來物理學應該往哪個方向努力。它就是物理定律的“極限挑戰場”，是通往那個傳說中的“萬物理論”大門的一把關鍵鑰匙。搞懂了黑洞，說不定就能找到那個能統一所有物理規律的終極密碼！你說這事兒，夠不夠根本？夠不夠重要？

有意思的是，在過去很長一段時間，包括愛因斯坦本人在內的很多物理學大牛，都不相信宇宙中真實存在著黑洞這種“怪物”。他們覺得這玩意兒太離奇了，太違反直覺了，寧愿相信是我們的物理學理論在某個地方出了 bug，或者干脆就是數學公式開的一個玩笑，才導致了這么一個理論上的“怪胎”出現。愛因斯坦甚至一度認為，自然界會有一種機制阻止恒星無限坍縮成黑洞。

然而，科學最終還是要靠證據說話。今天，天文學家們通過各種先進的觀測手段，已經找到了足夠多的、令人信服的證據，證明黑洞不僅僅是存在于理論推導中，而是真實地存在于我們這個宇宙里的。

（超大質量黑洞梅西耶 87 核心區域的圖像）

比如，在我們自己家——銀河系的中心，就“趴”著一個質量是太陽 400 萬倍的超大質量黑洞！天文學家們通過觀測它周圍恒星的運動軌跡，清清楚楚地“稱”出了它的體重。研究它，就能幫我們了解銀河系是怎么形成和演化的，甚至可能關系到我們太陽系的起源。

所以啊，我們這個《黑洞史話》系列，就是要帶著大家一起，來一次關于黑洞的深度游。這趟旅程保證信息量爆炸，而且故事絕對精彩！我先給大家透個底，預告一下我們這趟旅程大概會經過哪些站點，看哪些風景。

黑洞深度游，您坐穩啦

我們會先坐上“思想時光機”，穿越回幾百年前的牛頓時代，甚至更早。去挖一挖最早關于“看不見星星”的那些老想法。你會驚訝地發現，原來在愛因斯坦之前那么久，就有人模模糊糊地想到了類似黑洞的東西，雖然他們的想法跟現在的理論比起來，簡直是小巫見大巫，但也正是這些可愛的“小巫”，才開啟了我們對宇宙黑暗面的探索之路。了解這段“史前史”，能幫我們理解科學概念是怎么從模糊走向精確的。

當然，要真正理解黑洞，愛因斯坦大神是繞不過去的坎兒！我們會花大力氣，用最接地氣的方式聊聊他的廣義相對論。放心，我不會堆砌復雜的公式，我們會用各種好玩的比喻，來幫你理解啥叫“時空彎曲”。搞懂了這一點，黑洞的神秘面紗才算真正揭開。

不過有意思的是，黑洞這個概念剛出來的時候，可是個“萬人嫌”，連愛因斯坦自己都看不上它，覺得就是個數學公式里的“怪胎”，不相信現實中真有這玩意兒。那后來科學家們是怎么被現實“打臉”，一步步從懷疑、抵觸，到不情不愿地接受了這個“怪物”，還給它起了“黑洞”這么個你聽著很酷，但據說法國人聽著有點齷蹉的名字？這中間充滿了各種有趣的爭論和故事，我們得好好扒一扒，看看科學共同體是如何面對一個顛覆性概念的。

為了找到黑洞真實存在的證據，天文學家們可謂是窮盡了人類的智慧，我會帶你回到歷史發現的現場，我們會看看他們是怎么像福爾摩斯一樣，通過各種蛛絲馬跡來追蹤這些宇宙“隱士”的。

比如，有些恒星會莫名其妙地發出強烈的 X 射線，好像身邊藏著個“暴脾氣”；有些星星在太空中跳著詭異的舞蹈，好像被一個看不見的舞伴帶著轉圈圈。這些線索都指向了隱藏在幕后的神秘主使——黑洞。順便也聊聊咱們銀河系中心那個“大胃王”是怎么暴露身份的，那過程也挺有意思，充滿了智慧和耐心的較量。

當你覺得對黑洞有點數了，坐穩了！我們要進入更瘋狂的物理世界了！那個“只進不出”的事件視界到底有啥名堂？它真的是一個物理存在的邊界，還是僅僅是一個數學上的概念？掉進去真會變成傳說中的“意大利面條”嗎？黑洞能不能像個宇宙“哈哈鏡”一樣，把背景的星系扭曲變形玩？要是黑洞自己轉起來，它周圍的時空會不會跟著跳起“華爾茲”，把路過的東西都卷進去？還有科幻迷最關心的蟲洞、時間機器，這些腦洞大開的東西，跟黑洞到底有沒有“親戚關系”？這些問題，想想都刺激吧？我們會把這些奇景一一呈現，讓你感受一下黑洞附近那光怪陸離的物理世界。

但這還沒完！真正的“大亂斗”，是當量子力學這個研究微觀小不點的理論也來摻和黑洞的事兒時，那才叫一個“雞飛狗跳”！輪椅上的物理巨人霍金老爺子扔出一個重磅炸彈：黑洞并不完全“黑”，它會因為量子效應而慢慢地“蒸發”掉！這下可捅了馬蜂窩！

如果黑洞最后會蒸發消失，那之前被它吞進去的所有東西，包括它們攜帶的信息，難道也跟著灰飛煙滅了？這可把量子力學給惹毛了，因為量子力學的基本原則之一就是信息永不丟失！廣義相對論和量子力學這兩大理論的根本矛盾徹底爆發了。于是，一場持續了幾十年的“黑洞戰爭”爆發了，物理學大佬們吵翻天，還打賭！這場世紀之戰誰贏了？信息到底去哪兒了？這絕對是物理學史上最精彩、最核心的懸案之一，我們必須得好好聊聊。

最后，我們當然要回到現在，看看科學家們又有了什么新“武器”。現在我們不僅能“聽”到兩個黑洞撞在一起時發出的時空漣漪——也就是引力波，甚至還能給黑洞“拍照”了！

（引力波示意圖）

這些最新的“黑科技”，又讓我們對黑洞有了哪些顛覆性的認識？這些最新的進展，絕對會讓你感嘆人類智慧的偉大和宇宙的奇妙。

黑洞背后的大神們

大家看我文章時間長的可能都知道，我寫東西，不光是想告訴你“是什么”，更想跟你聊聊“為什么”和“怎么知道的”。認識黑洞的過程，就是一個特別典型的科學探索過程，充滿了曲折、爭論、修正和突破。它不是某個天才靈光一閃就搞定的，而是一代又一代科學家智慧的結晶，是無數次思想碰撞和實驗驗證的結果。

我們會看到科學家們怎么從觀察現象出發，大膽地提出假設；怎么設計巧妙的實驗或者進行復雜的計算去尋找證據；怎么在學術會議上互相辯論甚至“吵架”；怎么在一次次的失敗和質疑中，不斷調整方向，一步步逼近那個隱藏在重重迷霧后的真相。這背后的科學精神——那種不迷信權威的懷疑精神、尊重證據的實證精神、遵循邏輯的理性精神、以及永不滿足的好奇心和勇于探索的精神，我覺得比記住幾個黑洞的知識點更有價值，也更能幫助我們在生活中做出更明智的判斷。

好了，說了這么多，是不是已經吊足了你的胃口？是不是對這個宇宙中最黑、最神秘的“洞”充滿了好奇？

在動筆寫這個系列節目前，我看了很多很多跟黑洞有關的書，其中有三本給我印象最深刻，也給了我最大的啟發，它們分別是：

瑪西亞·芭楚莎女士寫的《黑洞簡史》，這本書把黑洞概念從誕生到被接受的曲折歷史講得非常引人入勝；

諾貝爾物理學獎得主基普·索恩寫的《黑洞與時間彎曲》，這本書深入淺出地講解了黑洞的奇異物理性質；

理論物理學家倫納德·薩斯坎德寫的《黑洞戰爭》，這本書則生動地記錄了圍繞黑洞信息悖論展開的幾十年科學論戰。

我這個系列節目的內容，也主要參考了這三本優秀的著作，當然也結合了我自己的理解和表述方式。

黑洞，這個宇宙中最極端的存在，它像一面鏡子，映照出我們現有物理學理論的光輝，也毫不留情地暴露了它們的裂痕。它不僅僅是一個天體，更是我們理解時間、空間、物質、信息乃至現實本身的一道終極考題。當我們凝視黑洞這片時空的深淵時，其實也是在凝視我們自身認知的邊界。那里，是我們已知物理定律的崩潰之處，是我們現有語言和想象力的失效之地。它迫使我們去思考那些最根本的問題：時空是什么？物質的本質是什么？信息的命運又將如何？

探索黑洞，就是探索物理學的極限，就是追問宇宙最深刻的秘密。這趟旅程，注定充滿了驚奇、困惑，甚至可能是對我們世界觀的徹底顛覆。但正是這種探索本身，這種面對終極問題的勇氣和智慧，體現了人類理性最耀眼的光芒——

我們不滿足于已知世界的安逸，永遠對那片未知的黑暗充滿好奇，永遠向著那看似遙不可及的好奇地平線，勇敢地邁出下一步。這或許就是科學探索最迷人的地方，也是我們作為智慧生命最值得驕傲的地方。

下一篇，我們就正式啟程，回到牛頓的時代，去看看最早關于“暗星”的思想火花，是如何在黑暗中悄然點亮的。

end

很抱歉啊，我很久沒有開長篇系列了，原因我一再地說過，因為現在的主要精力都放到了拍科普電影上。那你可能會問，怎么突然又有時間給自己挖這么大的一個坑呢？

因為，今年上映的《尋秘自然：時間的形狀》講的是狹義相對論，那接下去就要拍廣義相對論部分。

為了創作下一季講廣義相對論的劇本，我最近這半年幾乎所有的碎片時間都在閱讀跟廣義相對論有關的書籍，或者在視頻網站上看廣義相對論的課程，比如北師大趙崢老師的公開課。我自己是費曼學習法的擁躉，我覺得真正要學好一門知識體系，就是要通過輸出來督促自己的學習。所以，我就決定開這樣一個《黑洞史話》系列，主要目的就是把我學過的東西輸出，在輸出的過程中，不僅加深印象，還可以讓我查漏補缺，去弄懂原先一知半解的東西。

所以，這個黑洞史話系列，相當于就是在為《尋秘自然》的下一季劇本創作做功課。這樣一來，不就實現了科普節目和科學電影兩不誤的美妙境界嗎？

我爭取每周在科學聲音公號更新一期《黑洞史話》，你想看嗎？歡迎留言～

原標題：《黑洞史話【序】：時空的終結，新物理學的開始》

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