先说答案:黑洞看起来既像球体也像旋涡,但这都是假象,实体是一个看不见的点。

这个点的科学表述叫奇点,体积无限小,密度无限高,曲率无限大,温度无限高。奇点当然也可以想象成一个完美的球体,但到底什么样子,永远也不会有观测证据,因为奇点处是时空离散或者说终结处,三维时空的人类永远也观测不到。

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黑洞奇点在黑洞中心,围绕着奇点会形成一个球形空间,严格表述为时空因果临界球面边界,这个球形空间的半径大小与黑洞质量大小成线性正比,被称为史瓦西半径,遵循的公式为R=2GM/c^2。

根据这个公式计算,一颗3个太阳质量的典型恒星级黑洞,其史瓦西半径约为9公里;人类拍到的首张照片的那颗黑洞,叫M87黑洞,是M87巨型椭圆星系中心黑洞,距离我们约5500万光年,质量约为太阳的65亿倍,因此其史瓦西半径约为195亿公里。

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人类观测到的黑洞视觉效果有些像光影组成的旋涡,但那只是在黑洞事件视界之外看到的光线与时空交错的假象,是黑洞强大曲率导致周边物质被吸积搅动,以极高速度围绕着事件视界旋转,形成一个盘状发光体,被称为吸积盘,盘中物质碰撞发出强光,才衬托出中间那个黑乎乎的球状空间,这个空间本来是看不见的。

时空因果临界球面边界被称为事件视界,事件视界内测的任何物质,包括光都无法逃逸,因此不被人类观测;事件视界外侧的物质则可逃逸,因此被人类所观测,并可以凭借观测到的现象计算出黑洞质量。

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黑洞的事件视界,是一个完美的三维球面。严格地说,静止不转的黑洞被称为史瓦西黑洞,是完美的正球体,但这种黑洞只是理论上存在,自然中不存在;旋转的黑洞被称为克尔黑洞,是稍扁的椭球体,现实中基本都是克尔黑洞。

纠正误区:黑洞事件视界不是洞口,也不是漏斗,是三维封闭的球形边界,奇点在球心,所有物质都坍缩集中在奇点上。

我们常看到的黑洞图片,有的像旋涡,有的像漏斗,并不是黑洞的真实模样,而是科学家或艺术家们,为了让人们更直观的了解黑洞,绘制的二维时空切片示意图。为了描绘出时空弯曲的样子,把三维空间简化成一张平面薄膜,黑洞质量就会形象地在薄膜上压出凹陷或漏斗状,时空由此就变得弯曲,物质乃至光线就会沿着弯曲的时空滑落,就像漩涡往里卷。

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迄今为止,对黑洞内部的状态都还是一种理论描述和推测,因为所有人类掌握的理论都在黑洞奇点处失效,因此黑洞内部可能永远都是一个谜。但有一点是可以肯定的,黑洞已经在宇宙中证实存在,且是宇宙中最极端的顶级天体,一切通吃。

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