黑洞到底是什么？

2014年1月22日，霍金在著名的科学预印文章库Arxiv上发表的论文引起了媒体的极大关注。媒体将其解读为“霍金说黑洞不存在”，甚至《人民日报》的微博也在讨论此事。事实上，这种解释是一种误读。让我们来看看这个黑洞到底是什么。

如果我们把黑洞比作一个美丽的女人，在霍金的文章之前，每个人都认为这个美丽的女人穿着裙子，但是在这篇文章之后，每个人都意识到这个美丽的女人穿着比基尼。但是“黑洞不存在”相当于说这个美丽的女人不存在，这是错误的。在霍金最近发表的文章中，核心概念实际上是所谓的“地平线”，相当于一个漂亮女人的衣服。这就是黑洞理论发生变化的地方。如果只考虑爱因斯坦的广义相对论，这个场景中的黑洞被称为经典黑洞。如果我们继续考虑量子力学，这个场景中的黑洞叫做量子黑洞。量子黑洞的视界有一个温度。最初的观点是远处的温度很低。后来，一位名叫博钦斯基的物理学家说:“从那些掉进黑洞的人的角度来看，温度非常高，相当于一只狗钻进一个火圈。这种高温会破坏这种量子纠缠。”然而，霍金最近的文章是针对伯钦斯基的——他说:“好吧，让我们重新检查一下这个火圈是否存在。”

经典黑洞的精确定义是什么？

“黑洞”一词最初是由美国物理学家约翰·惠勒提出的。看过电影《美丽心灵》的人应该知道，电影中经常提到一个军事实验室，叫做“惠勒实验室”。惠勒是美国军方最值得信赖的物理学家，曾参与氢弹项目和一系列其他重大国防项目。他也是美国相对论之父，美国几乎大多数研究相对论的人都来自他的家庭。例如，研究虫洞的索恩，研究黑洞热力学的沃尔德，甚至著名的费曼都是他的学生。

“黑洞”这个词听起来有点奇怪，所以它有很强的传播力，已经成为一个众所周知的概念——黑洞是用万有引力把一个物体压缩到极限状态的产物。如果一个重10公斤的西瓜被压缩成一个黑洞，那么这个黑洞的大小非常小，大约是一个质子大小的百分之一，这是一个占据小面积空间和时间的微型黑洞。黑洞的确切定义是什么？

我们知道时间和空间构成了四维几何，黑洞是四维时空的一部分，所以黑洞也是四维的。黑洞的精确定义如下:如果在四维时空区域发射的光不能像光一样到达无穷大，那么我们称这个区域为黑洞。

这个定义在数学上是严格的。当然，这对普通大众来说太难了。简而言之，我们可以看到黑洞是表面不能发光的物体。如果有光照射在物体上，物体会吸收光，但仍然不能发出任何光。这是经典意义上的黑洞(不考虑量子力学，只考虑广义相对论)。

我们知道，在日常生活中，如果一个物体是由原子组成的，原子在受到光照射时肯定会发出受激辐射(受激辐射是激光的工作原理，爱因斯坦研究了它并引入了所谓的A系数和B系数)。然而，当光线照射在黑洞上时，黑洞不会发出受激辐射。因此，可以说黑洞不是由原子组成的，它是一个简单的时空区域，没有原子的结构和组成。

在前面的定义中，我们实际上已经定义了黑洞的表面:它不发光。物理学家称这个不发光的表面为地平线。

但这够了吗？事实上，有地平线的不一定是黑洞。例如，因为光速是有限的，宇宙的年龄也是有限的，我们只能看到有限大小的宇宙(光速乘以宇宙年龄就是我们能看到的宇宙半径)。人类能看见的宇宙仅限于我们，所以宇宙也有一个我们看不到的边界。所以哈勃体积的边界也是一个地平线，但宇宙不是黑洞。因此，严格地说，事实上，黑洞是一种组合，它不仅需要一个视界，还需要其他东西，这就是奇点。