乾隆48年，有人就知道了“黑洞”，并且計(jì)算出逃逸速度，他是誰(shuí)？

5月12日，科學(xué)家公布了人類拍攝到的第二張黑洞視界外的照片，此次的黑洞照片來(lái)自銀河系中心的人馬座A＊，其質(zhì)量高達(dá)太陽(yáng)的400萬(wàn)倍，距離地球2萬(wàn)6千光年。

黑洞是宇宙中最神秘的，也是最常見(jiàn)的天體

黑洞之所以神秘是由于我們無(wú)法得知黑洞內(nèi)部的任何信息。

根據(jù)黑洞無(wú)毛定理，進(jìn)入黑洞內(nèi)的物質(zhì)的信息會(huì)丟失，只會(huì)殘留質(zhì)量，電荷和角動(dòng)量三個(gè)可探測(cè)的信息，這也叫黑洞的三毛定理。除了這三個(gè)信息，黑洞的其他信息我們?nèi)徊恢秃鸵幻话l(fā)的鐵公雞一樣吝嗇。所以黑洞的三毛定理也叫無(wú)毛定理。

黑洞之所以常見(jiàn)，是因?yàn)槔碚撋先魏钨|(zhì)量是三顆太陽(yáng)質(zhì)量以上的恒星，其死亡之后的最終形態(tài)都有可能變成黑洞。

之所以現(xiàn)在的宇宙中還存在大量的恒星，是因?yàn)橛钪娴哪挲g只有138億歲，還比較年輕。

從宇宙大爆炸到現(xiàn)在，宇宙的大部分恒星還處于青壯年時(shí)期。隨著時(shí)間的推移，宇宙中所有的大質(zhì)量恒星都會(huì)完成輕元素到重元素的聚變。

對(duì)于大質(zhì)量恒星，一旦恒星內(nèi)部的輕元素聚變成重元素，恒星聚變釋放的能量就不足以支撐恒星的體積，恒星內(nèi)的元素就會(huì)在引力的作用下向內(nèi)坍塌，然后開(kāi)啟超新星爆發(fā)，最后變成黑洞。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于三倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，理論上都會(huì)變成黑洞。而在八倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，則必然會(huì)變成黑洞。

所以，目前宇宙中所有在8倍太陽(yáng)質(zhì)量之上的恒星，都是未來(lái)潛在的黑洞。

乾隆年間，西方人就已經(jīng)認(rèn)識(shí)黑洞了

說(shuō)一個(gè)令人震驚的事實(shí)，人類最早對(duì)黑洞的認(rèn)知可以追溯到乾隆48年，也就是公元1783年。

那時(shí)候牛頓力學(xué)早已誕生，人們可以通過(guò)牛頓三個(gè)定律和萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)出任何天體的逃逸速度。只要知道某一天體的質(zhì)量和半徑，就可以計(jì)算出逃離此天體所需的速度。

1783年，有個(gè)名叫約翰?米歇爾的英國(guó)牧師給物理學(xué)家卡文迪許寫(xiě)了一封信。

信中認(rèn)為：一個(gè)天體的質(zhì)量越大，逃逸這個(gè)天體所需的速度就越大。如果反推一下，是否存在一種天體，其質(zhì)量十分巨大，導(dǎo)致其逃逸速度十分大，以至于光速都無(wú)法逃離其表面。那這樣的天體在外界就看不到，就是黑色的，這就是黑洞的最初設(shè)想。

這種“逃逸速度”僅取決于恒星的大小和質(zhì)量。如果一顆恒星的引力如此之大，以至于它的逃逸速度超過(guò)了光速，會(huì)發(fā)生什么？米歇爾意識(shí)到光線必須回到地面。他知道大概的光速， 奧勒·羅默 上個(gè)世紀(jì)就發(fā)現(xiàn)了。因此，假設(shè)平均密度相同，米歇爾很容易計(jì)算出逃逸速度將超過(guò)太陽(yáng)大小 500 倍以上的恒星的光速。光無(wú)法從這樣的物體中逸出，因此對(duì)于外部世界來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的。今天我們稱它為黑洞。

但是那時(shí)候的人們并不知道光速是不變的，也不知道光速具體是多少。所以對(duì)黑洞的認(rèn)知僅僅停留在光線都無(wú)法逃離的程度上。

事實(shí)上，人類對(duì)黑洞的系統(tǒng)認(rèn)知也僅有100多年

在相對(duì)論誕生之前，雖然我們可以用牛頓力學(xué)推導(dǎo)出黑洞的史瓦西半徑，但是人類不知道原子以內(nèi)的任何知識(shí)，更不懂得核聚變和核裂變，他們是無(wú)法明白黑洞的本質(zhì)是恒星核聚變之后的產(chǎn)物。

直到1915年，愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論。科學(xué)家才首次將黑洞用數(shù)學(xué)量化表達(dá)出來(lái)。

1916年，卡爾?史瓦西開(kāi)始求解愛(ài)因斯坦的引力場(chǎng)方程，首次精確計(jì)算出天體變成黑洞的臨界半徑，也就是史瓦西半徑。

但是那時(shí)候，很多科學(xué)家都不太相信黑洞的存在，認(rèn)為黑洞可能只是廣義相對(duì)論的一個(gè)數(shù)學(xué)解。

直到上個(gè)世紀(jì)60年代末期，人類首次發(fā)現(xiàn)了中子星，才開(kāi)始相信黑洞的存在。

因?yàn)橐活w恒星死亡之后的形態(tài)從中子星到黑洞只是質(zhì)量上的差別。

但是在上個(gè)世紀(jì)，人類是沒(méi)有辦法探測(cè)到黑洞存在的直接證據(jù)的。

隨著紅外探測(cè)技術(shù)的迭代，科學(xué)家終于開(kāi)始嘗試直接探測(cè)黑洞。

最早一次直接探測(cè)到的黑洞就是在2016年2月11日，LIGO和Virgo合作的探測(cè)引力波的項(xiàng)目，并且直接探測(cè)到雙黑洞擾動(dòng)產(chǎn)生的引力波。

之后人類開(kāi)始嘗試拍攝黑洞的照片。2019年，黑洞首張照片出爐，這是來(lái)自M87星系的一顆超大質(zhì)量黑洞。

2022年5月12日，銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞照片被公布。

事實(shí)上，人類對(duì)銀河系中心的黑洞認(rèn)知越來(lái)越全面。

10年前，科學(xué)家估計(jì)銀河系內(nèi)大概只有10萬(wàn)顆黑洞，其中大部分黑洞聚集在銀河系中心。

而到了2022年，科學(xué)家估計(jì)銀河系中可能包含1億個(gè)黑洞。

事實(shí)上，基本上所有星系的中心都包含著大量的黑洞。因?yàn)樾窍抵行氖切窍底罟爬系牟糠郑钪鎯?nèi)的星系平均年齡是130億年。

而一顆恒星從誕生到變成黑洞，大概需要5000萬(wàn)年到十幾億年。

所以星系中心必然包含大量的黑洞。

宇宙中到底有多少顆黑洞？

2016年，來(lái)自國(guó)際天文組織的最新估算，可觀測(cè)的宇宙中至少存在2萬(wàn)億個(gè)星系。

我們將這2萬(wàn)億顆星系的平均大小按銀河系來(lái)計(jì)算。銀河系可能存在一億顆黑洞。那么宇宙中可能至少存在2萬(wàn)億億顆黑洞。