任何掉进这个洞里面的东西想要出来，就好像井下的青蛙想要跳出来，必须达到一个能逃出来的最低速度才行，我们称这个速度为“逃逸速度”。地球也会在宇宙空间中形成一个“洞”，不过地球质量很小，这个“洞”充其量也就像是沙滩上的一个屁股印。那么要从地球上逃逸出去的速度是多少呢？这个在牛顿时代人类就会计算了（当时的人类并不知道引力是空间弯曲这个概念，当然更不可能有什么“洞”的概念，但是从研究运动和力的关系出发，同样能计算出逃逸速度），是11.2千米/秒，这也叫作第二宇宙速度。这个速度大约是民航客机速度的40倍，所以要发射卫星到太空去用飞机是不行的，非得用火箭才行。逃逸速度的值取决于天体的质量和半径这两个参数，用个形象的比喻，就是同样重量的木球和铁球，因为铁球的体积要小得多，所以造成的洞就会深得多，因此要从这个洞中逃出来的速度也会大得多。大家想想，宇宙中跑得最快的东西是什么？上一章已经说过了，是光，没有什么东西比光的速度还快。那么有没有一种可能，这个洞是如此之深，深到令它的逃逸速度比光速还要大，那就意味着连光都休想从洞里面逃出来，更别提其他任何东西了。如果真有这样的洞存在，那么这个洞可真够黑的，永远是只进不出。德国天体物理学家史瓦西（Schwarzschild，1873-1916）首先开始思考这个问题，他也是爱因斯坦的粉丝之一。他仔细研究了广义相对论，通过广义相对论的引力场方程算出了名垂千古的“史瓦西半径”（史瓦西自己当然不会给这个半径取名叫“史瓦西半径”，这里先提前借用一下，如果我是史瓦西，宁可不要用我的名字命名，看到后面就知道了）。他的意思是说，任何天体都存在这样的一个半径临界值，如果小于这个半径，那么它在宇宙空间这张网上抠出的这个洞就会成为一个名副其实的“黑洞”（这个词的正式出现一直要到1967年，笔者为了表述方便，提前借用，对严谨的学者们说声抱歉），这个半径的大小取决于天体的质量。史瓦西计算出来，说如果太阳的半径缩小到三千米的话，那么太阳就会成为一个黑洞，什么光也发不出来了。他还说如果把地球压缩到半径只有九毫米的话，那么地球也可以变成一个黑洞。任何物体，只要有质量，压缩到史瓦西半径以内，都会成为一个黑洞。史瓦西半径之内也被形象地称之为“视界”之内，因为人类的视线以这个半径为临界点，一旦越过这个半径，就是“全黑”的。史瓦西半径一公布出来，立即引起了包括爱因斯坦在内的很多天文学家和物理学家的兴趣，吸引了一大批科学家去深入研究这个恐怖的黑洞。只是我们可怜的史瓦西先生在算出史瓦西半径的当年就死于意外，年仅43岁，真是科学界的一大损失，为了纪念他，就把这个天体要成为黑洞的临界半径称作“史瓦西半径”。
【图5-14】电影《星际穿越》中的黑洞，计算机逼真模拟
【图5-13】黑洞原理
宇宙的神秘面纱已经被我们轻轻掀起了一小角，人类就像一个好奇的小孩小心翼翼地往里面瞄了一眼，顿时从头震撼到脚。但是各位亲爱的读者，你仅仅是看到了真相的冰山一角，后面的风景才将真正挑战你的思维极限。让我们顺着时空弯曲这条道路继续往下，看看还有什么惊人的推论等在前方。
通过水星进动现象和星光实验，我想我大概已经让你相信引力确实可以使空间弯曲了。那么让我们顺着这根线索，继续深入下去。什么东西产生引力？对，是质量。质量越大，引力越强；引力越强，空间弯曲得越厉害。请把我们的宇宙空间想象成一张细密的网，任何有质量的物体就像一个球放在这张网上，这个球质量越大，体积越小，则在这张网上下陷得就越深。刚开始只是像一个小小的凹陷坑，但是随着下陷的深度越来越大，就会越来越像一个空间中的“洞”。
黑洞是广义相对论最重要的推论之一，一开始也是引起了巨大的争议，而且由于刚开始大家普遍认为的不可观测性，所以质疑其存在的人就更多了（还记得我们在第一章说过的奥卡姆剃刀原理吗，如果一样东西永远无法被检测到，那就跟没有一样）。但是时至今日，已经没有任何人怀疑黑洞的真实存在性了。黑洞已经成为广义相对论和天文学研究的标准对象。
我们的思维不要停，继续往下深入，越往下越神奇。让我带着你继续沿着上面的线索往下想，千万别走开，更神奇的事情马上就要发生。
黑洞在一开始仅仅是作为一个方程的解而存在，也就是说黑洞仅仅是一个数学概念，宇宙中到底有没有这样恐怖的洞存在，谁也不知道。因为既然是黑洞嘛，就是完全不发光的，那么天文学家当然也就认为黑洞是永远无法观测到的。不过后来随着研究的深入，人们渐渐发现其实黑洞也是能观测到的，并且有很多方法。比如，黑洞虽然是全黑的，但是它的质量和引力是实实在在的，引力产生的空间弯曲效应可以通过观测它旁边的星光的扭曲来验证，黑洞就好像一个透镜一样，在宇宙中运动的时候，边上的星光都会被扭曲变形。再比如，黑洞如果与一个恒星相遇，则这颗倒霉的恒星会被黑洞一点点地吞噬掉，那个景象就好像一只猫在玩一个毛线球，把毛线一点点地抽出来一样。再到后来，科学家又通过研究发现，由于吸积盘效应，黑洞其实并不是全黑的，黑洞的两极（视界之外）会喷发出巨大的X射线，但并不是从黑洞里面喷出来的。虽然这些辐射流不是可见光，但是用射电望远镜可以检测到它们。所有上面说到的这些方法，都已经在最近的几十年，被天文望远镜所证实。为了便于大家直观理解，我们来看一些经过艺术加工和夸张后的黑洞图片：
黑洞还有个特别有趣的性质，就是它的质量大到把时间和空间都扭曲成了一个洞。空间被弄成一个洞还好理解，不就是进去的东西出不来嘛；那时间被扭曲成一个洞，你能想象是怎么回事吗？在黑洞里面，时间停止了，准确地说，时间不存在了，时空在这个地方被打了一个死结（别再追问了，我也想象不出是啥样子），人类对宇宙的认识止步于黑洞的“视界”。假设有一个倒霉的宇航员不幸掉入一个黑洞，他在掉入黑洞的一刹那，从外面的观察来看，这个倒霉宇航员的时间停止了，他的动作也停止了，他就像照片定格一样被永远定格在了黑洞的边缘，宇航员的亲人们永远也看不到他掉进去，宇航员的子孙后代世世代代都可以看到这幅定格的恐怖画面。但是，如果你是那个倒霉的宇航员，时间对你自己来说仍然是流逝的，你仍然会感到自己掉了进去。至于到底掉进去以后会发生什么，谁也不知道。如果你去问霍金，他会这么回答你：“所谓黑洞，就是一切永远无法了解的事件真相的集合。”你明白了吗？他看似回答了你的问题，其实跟我的回答是等价的。这个事情是不是很难以想象：外人直到宇宙末日那天，都认为倒霉的宇航员永远处于将掉入未掉入的状态，而宇航员自己则认为自己掉进去了。
【图5-15】黑洞的引力透镜效应
【图5-12】质量越大的物体在空间上形成的洞越深
【图5-16】喷出巨大辐射流的黑洞
