2020年的諾貝爾物理學獎已經在十月六日揭曉，今年的諾貝爾獎并沒有如普遍預測的一樣頒給粒子物理或者凝聚態物理，而是頒給了對于宇宙中最“黑暗”的天體——黑洞的研究 。羅杰·彭羅斯，賴因哈德·根策爾，安德烈婭·蓋茲分享了這個獎項 。
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黑洞是宇宙中最神奇也是最神秘的天體之一，人類對于黑洞的研究可以追溯到104年前，一位名叫施瓦西的的天文學家在計算時發現了一個愛因斯坦的廣義相對論場方程的解，這個解表明，如果一個靜態球對稱星體的半徑小于某一個特定值(史瓦西半徑)，這個星體就會存在一個邊界，只要進入了這個邊界，即使是光都無法逃出 。美國物理學家約翰惠勒給這種不可思議的星體起了個名字——黑洞 。
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史瓦西
史瓦西半徑表達式
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雖然黑洞的概念在100多年前已經被提出，但是我們直到2019年才首次通過事件視界望遠鏡一睹黑洞的真容 。
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人類歷史上之一張黑洞照片
今天我們就來跟大家一起聊聊關于黑洞，你一定要知道的知識 。
黑洞的誕生
恒星是宇宙中的巨人，他們產生著巨大的引力，這種引力不僅影響著圍繞它運動的行星，同樣影響著恒星自身，在引力的作用下，恒星具有坍縮的趨勢，不過恒星的內核不停進行的高強度核反應，核反應提供的輻射壓和恒星自身的引力相互對抗，形成了一種平衡，不過這種平衡在恒星暮年開始被逐漸打破 。在恒星暮年的時候，恒星內核的核燃料消耗殆盡，核反應不再能提供可以與引力對抗的輻射壓，恒星就開始瘋狂的坍縮，但是此時恒星距離黑洞還有一定的距離，想要變為黑洞，恒星還必須克服兩大障礙——電子簡并壓與中子簡并壓 。
在微觀世界，像電子中子這樣的費米子都具有一定的自閉癥，它們不愿意跟別的同種費米子共享同一個狀態 。如果兩個電子空間距離很近，那他們速度差距就會很大，以保證它們不會在相近的距離內相處太久，如果兩個電子速度很接近，那他們空間距離就應該相距很遠，以保證它們不會碰到彼此，這就提供了一種同種費米子之間的相互排斥 。這種特性是由物理學家泡利發現的，又稱為泡利不相容原理 。
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這種同種費米子之間相互嫌棄導致的簡并壓是恒星變為黑洞前最后的阻礙，對于質量小于錢德拉賽卡極限(1.44倍太陽質量)的恒星來說，電子簡并壓是扛得住的 。
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對于質量小于奧本海默極限(約為2-3倍太陽質量)的恒星來說，中子簡并壓是可以頂得住的 。
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但是對于質量更大的恒星來說，電子簡并壓和中子簡并壓也無能為力了，在一場明亮華麗的超新星大爆發之后，黑洞誕生了 。
黑洞會死亡嗎？
【股票神秘黑洞是什么意思黑洞是什么意思】黑洞的誕生標志著大質量恒星的死亡，但是黑洞是不是也會死亡呢？實際上確實很有可能，而黑洞的直接死因可能就是——霍金輻射 。
在介紹霍金輻射之前，我們需要先聊一聊量子場論中的真空的概念 。大家或許經常聽到一個說法叫真空不空，看似一無所有的真空實際上充斥著各種各樣粒子的場，電子場，夸克場，希格斯玻色子場……，而基本粒子們則是各自的場所對應的激發態，正粒子對應正的頻率，反粒子對應負的頻率 。在真空中，所有場都處在更低的能量狀態，但是由時間能量不確定關系，在極短的時間內，場可能因為能量漲落而激發產生虛粒子，這種漲落通常是正負頻率同時發生的，對應于一對兒正反粒子的產生 。不過不用擔心，這種方式產生的正反虛粒子對很快就會湮滅將能量重新還給真空，除非，這個過程發生在黑洞的視界附近 。
在之前我們提到，黑洞存在一個邊界，一旦進入這個邊界，即使是光也無法逃脫，這個邊界被稱為黑洞的事件視界，假如有一對兒正反虛粒子在黑洞的事件視界邊緣產生，一個粒子在黑洞的視界內，一個粒子在黑洞的視界外，視界內的粒子由于黑洞強大的引力而被拉進黑洞，由于動量守恒定律，視界外的粒子則會朝著相反的地方飛去，從外界看起來，就像黑洞向外發出了輻射，這種輻射就是霍金輻射，但是正反虛粒子對本來應該湮滅將能量歸還，可現在一個粒子帶著能量自己飛走了，這份從真空中“借“出的能量總得有人去還，而這個將能量還給真空的角色只能由黑洞來扮演了 。因此霍金輻射將會使黑洞損失能量，視界面積減小，最終黑洞將為自己的貪吃付出代價，徹底消失 。
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