黑洞生活指南

黑洞充斥着宇宙。最近的一个也只有1500光年远。一个巨大的星系，人马座A*，位于银河系的中心，大约25000光年远。典型的太空旅行者可能会在平静的g型恒星周围寻找家园，但一些天体居民足够勇敢，在这些怪物之一的周围寻求庇护。这不是一种容易的生活，这是肯定的，但与黑洞相邻意味着你几乎肯定会比其他人了解更多关于现实的基本本质。

感兴趣吗?如果你在黑洞周围安家，下面的指南将告诉你会发生什么。祝你好运。

黑洞的基本知识

当你第一次到达一个黑洞时，你很可能会被它是多么的，多么的无聊所震撼。黑洞本身就是一个悬在远处某个地方的深不可测的黑色球体。黑洞实际上什么也不做除了坐在那里引力。事实上，它们是出了名的容易被忽略:除非它们主动进食物质，或者碰巧挡住了背景中的恒星的视线，否则你根本看不到它们。一旦你知道有一个，你就可以开始玩了。

天体的大小由黑洞的质量决定，这是由德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)首先推导出的著名方程，这个天体的半径也以他的名字命名(史瓦西半径)。最小的黑洞的史瓦西半径不大于曼哈顿;最大的可以包含我们整个太阳系。

球体本身代表了黑洞的视界。在这个区域内，引力变得如此强大，以至于任何东西，包括光，都无法逃脱。当引力物体不断地将时空拉向它们时，黑洞的拉力如此之大，以至于在视界上，时空本身以比光速更快的速度冲进来。如果你想逃跑，你必须对抗时空的极端潮流。既然你不能，你就被困住了。

然而，除了视界的怪异之外，围绕黑洞旋转也没什么奇怪的。

因为重力就是重力。例如，你对太阳的引力完全取决于太阳的质量。黑洞也是一样。你可以用一个只有一个太阳质量的黑洞来代替太阳，行星的运行轨道将完全不受干扰(当然，所有的植物都会死，所有的东西都会因为缺乏光线而冻结，但那是另一个问题)。

只要你离黑洞足够远，就不会有什么异常。如果你愿意，你可以永远保持一个稳定的黑洞轨道。幸运的是，对于任何想在那里居住的人来说，我们可以计算出“足够远”到底是多少。它被称为最内层稳定圆形轨道(ISCO)，这和它的名字一样。对于一个简单的，不旋转的黑洞，它是史瓦西半径的三倍。在这个距离内，稳定的圆形轨道是不可能的，你要么将自己抛入自由的空间，要么让自己坠入视界之下。

对于更现实的黑洞旋转的情况，ISCO很难计算，它取决于黑洞旋转的速度，以及你的轨道是随着黑洞旋转(前进)还是逆行(逆行)。一般来说，只要距离黑洞大于10倍的史瓦西半径，就没问题。

重力在它所有的荣耀

虽然黑洞本身看起来很无聊，但它们周围的生命却绝非如此。这是因为黑洞只做一件事——拉。

无论黑洞的大小如何，它们都倾向于收集吸积盘——它们与几乎所有质量大而致密的天体(如中子星)共享的吸积盘。当气体和尘埃进入黑洞附近时，角动量守恒将这些物质挤压成一个又薄又平的圆盘。这种物质可以来自任何地方:随机的星际气体云，附近天体的大气，甚至是其他恒星被撕裂的残骸。无论起源如何，这些物质会被撕碎，这些碎片会沿着被称为“拉伸线”的弯曲路径，走向视界的张开的大嚼口。

它们周围环境的凶猛程度取决于黑洞的质量。到目前为止，最常见的一种黑洞相对较小;只比太阳大几倍如果一个质量如此之大的黑洞恰好围绕一颗伴星运行，而这颗伴星离得太近，黑洞就会吸走该恒星的大气层。当气体接近黑洞时，它必须压缩才能到达相对较小的黑洞，就像太多的人挤进一个开放的电梯一样。当气体被压缩时，它会变热，然后热气体发出x射线。通过大量的x射线发射，天文学家发现了我们的第一个黑洞，被称为天鹅座X-1。

最大的黑洞，被称为超大质量黑洞，是真正巨大的，轻易超过数亿甚至数十亿太阳质量。吸积的物理作用也围绕着这些怪物，按比例适当地放大。超大质量黑洞周围的吸积盘可以达到100万开尔文。在这样的温度下，它们发出的辐射足以让数百万个星系加起来都黯然无光。

对于任何潜在的访客来说，这些吸积盘既是诅咒又是祝福。如果你想在一个黑洞周围建立自己的店铺，你就需要这种能量，因为如果不是为这个盘，黑洞本身不会为你提供任何形式的光。但黑洞周围的引力强大到足以撕裂恒星，而吸积盘内的电场和磁场是整个宇宙中最强的。如果你准备好在这种地狱般的环境中生存，你会发现有足够的能量供几代人使用。

然而，即使是裸黑洞也能给你提供能量来源。这个过程被称为彭罗斯机制，以纪念它的发现者、诺贝尔奖得主、物理学家罗杰·彭罗斯。虽然它只适用于旋转的黑洞，但这并不是什么大问题。黑洞是在大质量恒星死亡时形成的，而恒星一直在旋转，动量会转移到黑洞。所以宇宙中并不缺少旋转的黑洞。

彭罗斯机制利用了旋转黑洞的一个特殊方面:能层。旋转的物体拖拽着周围的时空，就像试图把一个沉重的咖啡桌放在地毯上。所有物体都是这样的，因为这是重力的正常组成部分。但就像其他事物一样，黑洞也会过度地这样做。视界周围是一个不断移动的时空区域，被黑洞自身拖入旋转。

彭罗斯发现，如果你把一个物体扔进能层，然后让它分裂，你可以提取能量。你让其中一块掉进了视界，再也看不见了。然后你允许另一块脱离能层。逃逸出来的部分会从旋转的时空中获得推力，你会从机动中获得能量的净收益。彭罗斯机制从旋转的黑洞中吸取能量，使其在这个过程中变慢。当然，你不能永远这样做(最终黑洞停止旋转)，但鉴于彭罗斯机制能够将物质发射到离黑洞数万光年远的地方，我不会担心。

如果来自吸积盘或彭罗斯机制的能量不够，你可以利用黑洞的另一个特性:它们的极端引力。当光落入黑洞时，当它接近视界时，能量就会上升，就像一个球从山上滚下来时开始加速一样。如果你在视界上方徘徊，你将沐浴在高能辐射中。