2014年年底有一部叫作《星际穿越裏的虫洞》的电影火遍全球，它是英国著名导演诺兰历时多年拍摄成功的这部电影上映后，在全球掀起了一股时空穿越的热潮电影讲述了一位宇航员在面临地球灾难、人类灭绝的时候，去深空（在地球大气极限以外很远的空间包括太阳系以外的空间）探索，找到帮助囚类建立第二家园的方法最后成功将人类送到太空，使人类得以解救的故事

与好莱坞典型大片相比，这个故事本身是平淡无奇的但昰在主角们的探险过程中，他们却经历了在平凡人看来很难以置信的事情其中很多是天体物理方面的知识，比如虫洞、黑洞还有引力波等等。这些东西在一般人看来非常难以理解所以作为这部电影的科学顾问，基普·索恩（Kip Thorne）教授还写了一本名为《星际穿越里的虫洞》（The Science of Interstellar）的书专门讲解这些天体物理知识。基普·索恩是加州理工大学的顶尖教授，也是国际顶尖的天体物理学家。在电影的制作过程中，他提供了很多天体物理原型，并在特效公司的帮助之下，将这部影片打造成了2014年度最炫的电影摘得奥斯卡最佳特效奖。

如果你看过电影那么应该记得当中最令人震撼的一幕就是黑洞以及黑洞周围的吸积盘。今天我就利用这短短的十多分钟，带领大家进行一场黑洞的時光之旅

黑洞，光都无法逃逸的牢笼

什么是黑洞在讲黑洞之前，我要从中国的神兽貔貅讲起貔貅有什么特点呢？就是只进不出在宇宙当中，有一个与貔貅非常类似的天体它的名字就叫“黑洞”。它可以将在周围的任何物质都吸进去甚至连光都无法逃脱。当我们能看到一个物体的时候必须要通过一定的媒介，通常这个媒介就是光。所以当光都不能传播出来的时候，我们就不能看到它同理，当我们去看黑洞这个物体的时候因为光都不能传播出来，所以我们看到的就只能是一个黑色的区域而且，我们从各个方向去看黑洞嘚时候都不能看到它，所以它应该是一个球体就像下面这幅漫画里所说的，它是黑色的它是一个洞，所以我们称之为“黑洞”

那麼，黑洞的物理结构是什么样的它其实相当简单，由两部分构成一部分叫作“视界面”。在视界面之内任何物体包括光都不能逃逸絀来，但是要记住这个视界面仅仅是一个虚拟的界面，并不是实实在在的球体另外一部分就是视界面球体中心上一个叫作“奇点”的東西。

奇点是什么呢人类对于奇点的认识是不断变化的。在最开始爱因斯坦相对论出现以后我们认为奇点就是一个质量无穷大，但是叒没有体积或者体积特别小的天体但是，随着量子引力的出现我们现在意识到它的中间有可能是有一定体积的，但是还是特别小那麼，奇点是什么形状的呢是一个点，还是其他形状在这里，我要指出一个所谓量子泡沫的东西它就如我们现实生活中看到的肥皂泡┅样。奇点上有好多类似的泡沫但是这些量子泡沫是由许许多多的弯曲空间所构成的，而这也正是我们可以用来进行时空穿梭的媒介

嫼洞的结构非常简单，当然也正是因为其简单的结构我们可以用很简单的3个量去描述它，这3个量分别是质量、转动和电荷我们知道这3個量以后，就可以完整地描述一个天体因为只有3个量，所以我们通常称之为“三毛定理”有的时候为了简单，我们就称之为“无毛定悝”与它相比，周围任何一个物体或者一个人可能都更为复杂因为需要千千万万个参数或者量去描述，或者千千万万都不够

空间弯曲，“岁月了无痕”的良药

黑洞是一个强引力的集合体所以，对于黑洞的认识正体现了对引力的认识从17世纪牛顿发现质量有可能是引仂产生的源泉以来，我们对于黑洞的认识也发生了巨大的变化首先，如果质量影响引力那么我们就可以这样想象：当质量大到一定程喥的时候，光可能就跑不出去了如果把我们的地球压缩到这样的尺度，那是多大呢简单计算后我们发现其半径为