本期，讲一个绕不开的内容，因为它的吸引力实在太大了，据说大到光进入它的范围都难以逃脱。对，这就是黑洞。
在讲宇宙中的黑洞之前，我先讲一下我们生活中经常可以遇到的另一种“黑洞”。
比如我们开车行驶在高速公路上，或者在野外大山里探险，都会遇到人造的和天然的洞穴。如下图。
漆黑的隧道
自然洞穴
他们从远处看起来也是黑黑的， 无法看清内部。这是为什么呢？当然并不是这些洞洞存在强大的引力作用，让照射进入的光线无法反射回来。他们之所以看起来黑黑的，其实是因为进入的光线被内部复杂的岩石崖壁经过多次的漫反射而吸收，从洞内反射回来进入眼睛的光线数量不足以引起我们的视觉反应（相当于看不到）。所以呈现黑色。
其实当你走近洞口时，从洞内反射出的光线足够多的被眼睛捕获到，你会发现其实还是可以看清一些近处洞内的情况的。
然而黑洞的情况就不一样，假设当你站在视界范围外看黑洞，无论你距离视界边界多近，你都无法观察到内部的情况，因为光线在强大的引力作用下无法被反射回来。
黑洞
黑洞是宇宙中一种“常见”的天体，这里我之所以用“常见”两个字来描述，其实是因为按照理论，黑洞的形成并不复杂。超过太阳质量30倍以上的恒星在红巨星时代结束后的超新星爆发过程中内核坍缩，只要质量大于奥本海默极限的1.5至3倍太阳质量之间时，中子星会在自身引力的作用下崩溃，从而坍缩为一个黑洞。那么宇宙中符合这一条件的恒星简直不要太多。太远的我们不说，比如北半球夜空中大家最熟悉的猎户座左肩参宿四。
已经十分接近恒星演化末期的参宿四现在是颗红巨星，未来它就十分有潜力成为一个黑洞。所以黑洞在宇宙中其实是非常常见的。以前发现的少主要是由于观测手段少。
那么黑洞到底是什么？
简单点说黑洞是一个引力无限大，体积无限小的奇点以及被它引力范围控制的一个空间和外围结构组成的复合体。
1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，这个解表明，如果一个静态球对称星体实际半径小于一个定值，其周围会产生奇异的现象，即存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这个定值称作史瓦西半径，这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。
如何理解黑洞？
如果中子星是恒星物质的所有电子和质子都被压缩到中子内形成的，假设把地球压缩成一颗中子星，那么“地球中子星”的直径大约是22米（差不多两个标准集装箱的长度）但是它仍然是有边界的球体。
地球半径约为6371km
40尺标准集装箱长12米左右
夸克尺度
那么继续把这两个集装箱大小的中子星压缩到一个夸克尺度内，就可能形成黑洞了。
引力多大？大到没有静止质量的光子都会被引力拉扯滑向黑洞中心。体积有多小？根据计算大约只有一普朗克体积大小。目前人类只能把物质尺度研究到1.616229×10^-35m，这并不是因为技术的限制，而是自然世界规律就是如此，那么我可以说1.616229×10^-35m以下的尺度对于人类来说毫无意义。这就是普朗克长度。
黑洞看起来什么样子？
在2019年4月10日21时，全球六地（比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、中国台北、日本东京、美国华盛顿）召开新闻发布会，发布首张黑洞照片。根据资料显示，黑洞照片的“冲洗”用了约两年时间。
照片“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞，其质量是太阳的65亿倍，距离地球大约5500万光年。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构，看上去有点像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的“阴影”，明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。
M87星系
史上首张黑洞照片
其实我们看到的是黑洞复合体的照片，黑洞的本体由于已经到了夸克尺度，实际上就算把一个黑洞放在你的眼前，你也是无法观察到的。
黑洞全貌示意图
那么NASA本着严谨的态度绘制的黑洞全貌是什么？这是一个由黑洞本体、和被扭曲的光线、以及吸积盘等组成的系统，各个部分详细解释如下：
如果从正面看，由于黑洞背后的光线被极端的扭曲，所以我们能直接看到背面吸积盘的上部光环。
光线可以被扭曲几乎90度。
1911年，时为布拉格大学教授的爱因斯坦才开始在他的广义相对论框架里计算太阳对光线的弯曲，当时他算出日食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒。1912年回到苏黎世的爱因斯坦发现空间是弯曲的，到1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。这里1°（度）= 60′（角分）= 3600″（角秒）。太阳的扭曲光线的能力是1.74角秒，而黑洞可以是90度，这就是差距。
运转中的黑洞
伽马射线爆出逃的错觉
在一些黑洞想象图中，我们常常会看到黑洞一边吞噬物质，一边向外喷射超强的伽马射线，为什么光都无法逃脱，伽马射线反而能轻松“逃脱”引力呢？
喷射伽马射线的黑洞
这其实是一种错觉， 黑洞有一个视界面（事件视界，并非实体），在视界面以内的任何物质都不能逃脱黑洞包括电磁波，而在视界面以外的电磁波是可以脱离黑洞引力的。许多星系中心都有大质量黑洞甚至超大质量黑洞，但我们依然可以看到这些星系辐射出的电磁波，因为这些光都是黑洞视界面之外的电磁波。
视界
在视界范围之外脱离的前提是你能达到光速。
与黑洞有关的伽马暴，主要的产生过程分为三个步骤。
第一步是先形成黑洞-吸积盘系统，有以下几种产生途径：某类超新星爆发的同时，核心收缩为黑洞，周围的一些物质成为吸积盘；黑洞与中子星并合，或者中子星与中子星并合，形成黑洞，一些被甩出去的中子星物质堆积为吸积盘；大质量黑洞俘获附近的恒星，将其撕碎（潮汐力瓦解），恒星物质堆积成吸积盘。
第二步，黑洞-吸积盘系统产生了沿着黑洞自转轴方向的喷流。这些喷流都发生在黑洞视界面之外，因此可以轻松逃逸出去。
第三步，喷流中速度快的物质追击速度相对慢的物质，产生“内激波”，加速电子；或者喷流中的磁过程加速电子。被加速到极端高速的电子发射出伽马射线与X射线光子，就是伽马暴或X射线闪（前者伽马射线的比例显著大于X射线比例，后者则相反）。有时候，喷流还会扫过周围的介质，形成“外激波”，也会加速电子，形成伽马射线、X射线、光学、红外、射电等辐射，这就是伽马暴的多波段“余辉”（afterglow）。
最后回答一下黑洞到底是能量还是物质？
首先在黑洞的视界范围以内，由于没有了光速，时间这个概念已经失效了，因此因果定律也失效了。由于物质都被压缩在一个无法度量的空间内，所以物质这个概念也模糊了。然而唯一可以定义的反而只有能量，黑洞是一个能量极高的东西。所以黑洞可以看作是物质的无限小态和能量的极大态的综合体。当然这里的极小和极大都是相对的，和整个宇宙能量相比，黑洞也只是其中的一种能量形式而已。甚至可以说，单个黑洞在宇宙看来也非常的渺小。
梵观点：人类目前只揭开了对黑洞认识的冰山一角，期待更多对黑洞的研究和了解，未来不排除从了解变成利用。哈。