但是,这并不意味着质量大到一定程度就会变成黑洞,比如银河系质量很大,它有上千亿个太阳甚至是几千亿个太阳那么重,其中还包含质量更重的暗物质,但银河系并不是黑洞,因为银河系太大了, 无法形成黑洞。这是为什么呢?因为仅仅满足质量和引力方面的条件 是不够的,还要满足尺寸方面的条件,尺寸小,万有引力才大。我们知道牛顿的万有引力定律,其中既包含了质量条件,也包含了尺寸条件, 万有引力的大小跟尺寸大小的平方成反比,我们计算一下就可以知道黑洞在什么样的情况下才能形成。
举个例子,太阳不是黑洞,它的表面温度高达6000摄氏度,我们自然无法在太阳上生活。现在我们假设对这个温度忽略不计,即便如此,人在太阳上面也很难生活,因为太阳的万有引力太大了,我们人类到了那里会感觉重量太重了,就连弯着腰、弓着背都站不住。太阳的质量相当于地球的几十万倍,如果我们把太阳的尺寸压缩到直径3千米左右,那么,这时候大阳表面的 引力就强大到连光都逃不出去,黑洞就形成了。
美国的我们前面提到过LIGO团队探测到两个黑洞合并辐射引力波,这些引力波的形成需要两个条件:一是质量足够巨大,二是黑洞比较小。只有足够小的黑洞才具有强大的万有引力,才能产生强大的引力波。在宇宙中,通常是十几个太阳质量的黑洞比较多,为什么是这样呢?这里又要谈到黑洞是怎么形成的问题了。黑洞是怎么形成的呢?一开始,有一颗很大的恒星,通常有二十个太阳质量那么重,它燃烧到最后,抛射出大量的物质,但是总有一部分抛射不出去,这部分的物质在万有引力的作用下持续变小,一直小到十几千米、二十几千米 或者三十几千米的尺寸,这样一来,就形成黑洞了,所以,在宇宙中, 像恒星一样质量的黑洞比比皆是。
LIGO团队探测到的是两个黑洞在一起,当然,单黑洞就更多了,但单黑洞本身并不辐射引力波,所以LIGO团队探测引力波的方式无法直接看到单黑的洞,但是单黑洞应当比双黑洞更多,因为它更常见。比如说两颗恒星绕在一起转,每颗恒 星都会坍缩成黑洞,这样就是双黑洞,它的概率当然远远小于单独一颗恒星燃烧到最后坍缩成黑洞。
恒星级的黑洞可以通过间接的手段探测到,其实人类已经通过间接手段探测到了很多这样的黑洞。银河系中间有一个超级黑洞,它比恒星大很多,有几十万个太阳质量那么重。它是怎样被发现的呢?因为在黑洞边上有恒星,有分子云, 还有其他一些东西。这些东西受到黑洞强大的万有引力的影响,有时候就直接掉下去了,有时候运动速度变得越来越快,物质电荷之间发生相互加速,这样一来就会辐射电磁波,我们就可以通过这些电磁波发现黑洞的位置。
在《星际穿越》里面,出现过这种视觉效果的一个巨大的黑洞,这个黑洞外面有一些亮环,这些亮环就是这个巨大的黑洞边上的一些分子等东西。它们绕着黑洞转动,速度越来越快,当然 也就变得越来越亮,形成了我们可以看到的那些亮环,人类就是通过 这种方式发现黑洞的。银河系中间的这个超级黑洞并不是最大的黑洞。在很遥远的地方, 人类还发现了一些比这个超级黑洞大很多的黑洞,最大的可以达到几百亿个太阳质量,这就接近整个银河系的大小了。
有的甚至是上千亿个太阳质量的黑洞,而且天文学家通过观测,发现几乎所有的星系中间必有一个超级黑洞。星系是什么概念呢?星系就是由干亿个、数千亿个甚至上万亿个恒星形成的一个集团,就像银河系一样。这些星系中间的超级黑洞小的像是银河系中间的几十万个太阳质量,大的像上百亿个太阳质量。还有我们经常会听说“活动星系核”这个词,这样的名词太抽象,说白了就是星系中间的巨大黑洞,它的万有引力爆发出巨大的能量,我们把它叫作活动星系核。
所以,实际上天文学家对黑洞是非常熟悉的,因为它无所不在,除了很多很多恒星级的黑洞,几乎每个星系里面都有 巨大的黑洞。那么,人类能不能制造黑洞?到目前为止,人类还没有能力把物质压缩到变成一个黑洞。如果到了那一天,人类将进入一种超级文明。虽然我们现在无法做到,但是我们可以想象,我们总可以理想化,把一团物质不断压缩至更小的空间中去,形成黑洞。
就像前面说的,如 果我们想象把太阳压进3000千米直径的圆球里面,它就形成黑洞了。由于太阳的质量不够大,而且大家都知道太阳的寿命,太阳在50亿年以后会形成红巨星,因此它不会通过万有引力自身燃烧到最后形成黑洞。但我们可以在想象中把它变成黑洞。那么地球呢?根据我们的计算, 把地球压进直径大概1厘米的圆球里面,也就是像花生米那样大小的一个空间里面,它才会形成黑洞,这是不可思议的,因为我们知道地 球的重量是3个亿,要把它压缩成一个花生米大小根本无法实现,可见黑洞是非常难以制造的。
